Pid Digital 12V DC Controller nhiệt độ

1. Bộ điều khiển nhiệt độ pid 

Bài viết này tập trung vào phiên bản 12V DC, thích hợp cho một loạt các ứng dụng di động.

2. Hiểu được sự điều khiển PID

Thuật toán PID là lõi của bộ điều khiển nhiệt độ 12V DC PID. It' S Mô hình toán học để giảm thiểu sự khác biệt giữa điểm đặt mong muốn (hoặc đích) và biến thực tế. PID là viết tắt của tỷ lệ, tích phân, và đạo hàm, mà là ba phần tử kết nối với nhau nhưng khác biệt trong luật điều khiển. Hiểu được ba thành phần này sẽ giúp bạn hiểu được PID Controller' S hiệu quả trong các nhiệm vụ kiểm soát nhiệt độ.

Điều khiển (P) theo tỷ lệ: số hạng này tạo ra một tín hiệu đầu ra tỷ lệ thuận với sai số. Sự khác biệt giữa nhiệt độ đặt mong muốn và nhiệt độ thực sự đo được gọi là nhiệt độ hiện tại. Một lỗi lớn hơn dẫn đến một tín hiệu điều khiển mạnh hơn. Điều khiển P-điều khiển cung cấp một phản ứng ngay lập tức nhưng để lại sau một lỗi trạng thái ổn định. Điều này có nghĩa là nhiệt độ có thể không đạt đến điểm mong muốn và có thể bị trôi dạt. Phản ứng này được quyết định bởi ' công ty cổ phần & tỷ lệ#39; (Kp). Kp cao hơn sẽ dẫn đến một phản ứng nhanh hơn, nhưng cũng dao động nhiều hơn.

Điều khiển tích phân (I) : Thuật ngữ này được sử dụng để giải quyết lỗi ở trạng thái ổn định cố hữu trong điều khiển P-. Số hạng tích phân tính tổng theo thời gian của tất cả các lỗi trong quá khứ và tạo ra một đầu ra liên tục sửa chữa cho sự khác biệt này. Nếu lỗi tiếp tục, nó sẽ tăng số hạng tích phân, mà lần lượt thay đổi đầu ra của bộ điều khiển cho đến khi vấn đề được sửa. Việc tăng áp tích hợp có thể gây ra sự chậm trễ trong đầu ra điều khiển, khiến bộ điều khiển phản ứng quá mức.

3. Các thành phần của bộ điều khiển nhiệt độ PID 12V DC

Mỗi thành phần đóng một vai trò quan trọng trong quá trình đo lường, xử lý và kiểm soát nhiệt độ. Hiểu được các thành phần này là rất quan trọng cho thiết kế cũng như khắc phục sự cố.

Các loại cảm biến phổ biến nhất được sử dụng trong bộ điều khiển PID chạy trên DC 12V bao gồm:

Các cặp nhiệt điện mạnh mẽ, có phạm vi nhiệt độ rộng, và chi phí tương đối thấp, mặc dù chúng bị chậm phản ứng thời gian, đầu ra phi tuyến, và tốc độ truyền nhiệt chậm hơn. Các kiểu K, T và J thường được sử dụng.

Máy dò nhiệt độ điện trở: cung cấp độ chính xác cao hơn và ổn định hơn trên phạm vi nhiệt độ nhỏ hơn so với các cặp nhiệt điện. Đầu ra là tuyến tính, giúp đơn giản hóa việc xử lý tín hiệu. Các RTDs phổ biến nhất là platin (Pt100 và Pt1000).

Nhiệt cung cấp độ nhạy tuyệt vời, thời gian đáp ứng nhanh và phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu phát hiện nhiệt độ nhanh. Ví dụ như hệ thống làm mát, thiết bị điện tử, hoặc các tình huống tương tự khác. Tuy nhiên, phạm vi nhiệt độ của chúng thường bị giới hạn hơn so với các cặp nhiệt điện và RTDs. Bộ cảm biến sau đó chuyển đổi nhiệt độ vật lý này thành tín hiệu điện, chẳng hạn như thay đổi điện áp hoặc điện trở, trước khi truyền nó đến bộ điều khiển.

Đơn vị điều khiển: bộ não của thiết bị, nó xử lý tín hiệu đầu vào từ cảm biến để tạo ra tín hiệu đầu ra cho thiết bị chấp hành. Các hệ thống hiện đại thường sử dụng một mạch tích hợp PID hoặc một vi điều khiển. Bộ điều khiển so sánh việc đọc cảm biến (biến quá trình), với nhiệt độ điểm đặt. Bộ điều khiển xác định các hành động điều chỉnh dựa trên sự so sánh, các số hạng PID được tính, và các giá trị I và D. Vi điều khiển rất linh hoạt, có thể lập trình và có thể kết hợp các tính năng bổ sung như giao diện truyền thông hoặc giao diện người dùng. Các mạch tích hợp PID là một giải pháp đơn giản và hiệu quả hơn. Họ nói:#39; RE được thiết kế để cài đặt thuật toán PID.

Nguồn cung cấp điện: 12V DC chỉ định điện áp cần thiết cho bộ điều khiển và các thành phần có thể khác như mạch điều hòa tín hiệu cảm biến hoặc giao diện người dùng. Để có hiệu suất phù hợp, cần phải sử dụng nguồn cung CẤP 12V DC ổn định. Tùy thuộc vào chi phí và hiệu quả, chuyển đổi cung cấp điện hoặc các bộ điều chỉnh tuyến tính có thể được chọn. Nguồn cung cấp điện chuyển đổi điện áp tới (ví dụ, từ bộ chuyển động vào cổng hoặc pin) thành DC 12V theo yêu cầu của các bộ điều khiển.

Các thiết bị chấp hành đầu ra: các thành phần này thực hiện các hành động kiểm soát được xác định bởi bộ điều khiển. Chúng có thể loại bỏ hoặc thêm nhiệt vào hệ thống (hoặc cả hai), để có được nhiệt độ đo được gần điểm đặt hơn. Các thiết bị truyền động sau đây thường được sử dụng trong các hệ thống hoạt động trên 12V DC:

4. Nó có tác dụng

Bộ điều khiển nhiệt độ 12V DC sử dụng một chu trình bao gồm đo lường, so sánh, tính toán và hành động. Điều này được gọi là hệ thống điều khiển vòng kín. Bản chất năng động của quá trình này cho phép nhiệt độ theo sát điểm đặt ngay cả khi điều kiện thay đổi hoặc tải bị xáo trộn. Chu trình này rất cần thiết để hiểu bộ điều khiển.

Đo nhiệt độ: Quá trình này bắt đầu với cảm biến được cài đặt trong hệ thống hoặc môi trường mà nhiệt độ phải được kiểm soát. Cảm biến liên tục chuyển đổi đại lượng vật lý (ví dụ như thay đổi điện áp hoặc điện trở) thành tín hiệu điện. Tín hiệu có thể được điều hòa (ví dụ như khuếch đại hoặc tuyến tính hóa), trước khi nó được gửi đến đơn vị điều khiển.

Thu nhận tín hiệu và so sánh: khi nhận được sensor' tín hiệu S, bộ điều khiển (thường là một bộ điều khiển PID IC hoặc vi điều khiển) chuyển tín hiệu thành một giá trị digital hoặc đám rước tương tự đại diện cho nhiệt độ hiện tại. Đơn vị điều khiển so sánh nhiệt độ đo được (biến quá trình, hoặc PV), với nhiệt độ điểm đặt được xác định bởi người dùng. Sai số được tính bằng cách chia SP cho PV. Thuật toán PID được điều khiển bởi lỗi này.

Thực thi thuật toán PID: Khi bộ điều khiển tính toán đầu ra điều khiển (U) bằng tín hiệu sai số E, nó áp dụng thuật toán PID. Tính toán dựa trên sai số hiện tại (tỷ lệ), lịch sử các sai số trong quá khứ (tích phân), và tỷ lệ thay đổi (đạo hàm) cùng một lúc. Công thức toán học này thường trông giống như:

Đầu ra (U) = Kp * E + Ki * E DT + Kd * dE/dt

Đây là các lợi ích tỷ lệ, lợi ích tích phân, và lợi ích thu được. Những thành tựu này có tác động đáng kể đến hành vi của bộ điều khiển. Các tính toán này được thực hiện bởi Controller' s phần mềm hoặc phần cứng dựa trên độ lợi lập trình và giá trị lỗi hiện tại.

Tạo ra tín hiệu đầu ra: sau kết quả từ các tính toán PID (kiểm soát đầu ra U), tín hiệu được dịch thành một định dạng có thể được sử dụng bởi các thiết bị truyền động. Tín hiệu đầu ra đại diện cho mức độ làm mát hoặc nỗ lực nóng mong muốn. Một tín hiệu đầu ra cao hơn có thể, ví dụ, tương ứng với công suất lớn hơn gửi đến các yếu tố làm nóng hoặc tốc độ cao hơn của một quạt làm mát.

Điều khiển thiết bị truyền động: một bộ điều khiển truyền tín hiệu đầu ra (ví dụ như qua chân kỹ thuật số, điện áp tương tự hoặc tín hiệu PWM) đến bộ truyền động. Tín hiệu này được nhận bởi bộ truyền động, sau đó thực hiện bất kỳ hành động vật lý nào cần thiết. Thiết bị truyền động làm tăng nhiệt độ hoặc làm mát nếu nhiệt độ đo được thấp hơn điểm đặt. Thiết bị truyền động làm giảm nhiệt độ hoặc làm lạnh nếu nhiệt độ đo được cao hơn điểm đặt. Bộ chấp hành chỉ có thể thực hiện hoạt động tối thiểu nếu nhiệt độ gần điểm đặt.

Việc đóng vòng lặp và phản hồi: thông qua cảm biến nhiệt độ, bộ điều khiển giám sát liên tục đầu ra từ thiết bị truyền động cũng như tác động của nó lên nhiệt độ hệ thống. Vòng phản hồi cho phép phản ứng hệ thống động. Lỗi thay đổi nếu nhiễu xảy ra (ví dụ: thay đổi tải hoặc giảm nhiệt độ gây ra bởi một cửa được mở). Điều này sẽ kích hoạt một phép tính bằng thuật toán PID trong chu trình sau. Trình tự liên tục của phép đo, so sánh và tính toán được sử dụng để đảm bảo rằng nhiệt độ điểm đặt duy trì càng gần càng tốt. Điều khiển vòng tròn khép kín.

Bộ điều khiển nhiệt độ PID có thể cung cấp điều chỉnh nhiệt độ rất chính xác và đáng tin cậy bằng cách điều chỉnh động lực học hệ thống động lực của chúng.

5. Thiết kế và xây dựng

Một bộ điều khiển nhiệt độ 12V DC được thiết kế để vững chắc và đáng tin cậy không chỉ dựa trên sự hiểu biết vững chắc về lý thuyết điều khiển, mà còn dựa trên thiết kế. Trong giai đoạn này, các yêu cầu được chuyển thành một hệ thống điện tử đáng tin cậy, hiệu quả và tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn.

Sơ đồ hóa và thiết kế mạch: tạo sơ đồ chi tiết cho thấy sự kết nối giữa các thành phần. Nguồn cung cấp điện (thiết kế giai đoạn điều chỉnh 12V DC) được theo sau bởi giao diện cảm biến (xem xét các điều kiện tín hiệu như khuếch đại và tuyến tính hóa cho các cặp nhiệt điện), lõi logic PID (sử dụng một IC hoặc vi điều khiển) và trình điều khiển đầu ra (sử dụng các bóng bán dẫn hoặc các rơ-le rắn để chuyển tải 12V). Thiết kế này phải đảm bảo rằng tín hiệu được xử lý chính xác, there' S cung cấp điện đầy đủ, và nó bảo vệ chống gai điện ở điện áp hoặc dây điện sai.

Chọn lọc thành phần: Chọn các thành phần chính xác là rất quan trọng cho hiệu suất và độ bền. Tiêu chuẩn lựa chọn là: