基于压力传感器的温度控制系统的实现

    然而当外界温度较大时，压力传感器受温度影响精度不高，会产生零点漂移等问题，从而增大测量误差。于是尝试加工一个腔体，把压力传感器和温度传感器放置在里面形成一个小的封闭腔体，在外界温度较高或较低的情况下，用加热装置先升温到几十度并维持这一温度，给压力传感器做零点补偿，提高压力传感器的测量精度。这样就克服了在大温度范围难以补偿的问题。本文对这个温度控制系统提出了解决方案，采用了PID参数自整定控制，模糊控制属于智能控制方法，它与PID控制结合，具有适应温控系统非线性、干扰多、时变等特点。

    1 硬件系统

    用放置在腔体内的温度传感器测量恒温箱内的温度，产生的信号经过放大后输出反馈信号，再用单片机进行采样，由液晶显示恒温箱内的温度，并通过温度控制算法控制加热装置。所使用的单片机为STCl25408AD,自带A/D转换、EPROM功能，内部集成MAX810专用复位电路（外部晶振20 MHz以下时，可省外部复位电路），ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。硬件结构框图如图1所示。湿度传感器探头, ,不锈钢电热管 PT100传感器, ,铸铝加热器,加热圈  流体电磁阀

    2 系统的控制模型

    电加热装置是一个具有自平衡能力的对象，可用一阶惯性环节描述温控对象的数学模型。

    目前工程上常用的方法是对过程对象施加阶跃输入信号，测取过程对象的阶跃响应，然后由阶跃响应曲线确定过程的近似传递函数。具体用科恩-库恩（cohen-coon）公式确定近似传递函数。

    3 系统的控制模型仿真及实验结果

    PID控制器（比例-积分-微分控制器），由比例单元 P、积分单元 I 和微分单元 D 组成。通过Kp, Ki和Kd三个参数的设定。PID控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。

    PID 控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。和其他简单的控制运算不同，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。可以通过数学的方法证明，在其他控制方法导致系统有稳定误差或过程反复的情况下，一个PID反馈回路却可以保持系统的稳定。

    纯PID控制有较大超调量；而纯模糊控制由于自身结构的原因又不能消除稳态误差，稳态误差较大。所以，考虑把它们两者相结合，实现优势互补。本论文采用参数模糊自整PID控制。

    温度控制系统对应仿真结果如图3所示。从上面的仿真结果表明：调节时间ts约为460s,稳态误差ess=O,超调量σ%=O.虽然仿真环境不可能与实际情况完全相同，但它的结果还是具有指导意义的。

    在实际测试中前10 min每30 s采样一次，后10 min每200 s采样一次，测得实验结果如表1所示。

    图4为80℃时系统测得的实验结果，由实验结果表明，在实际测量中仍然有较小的超调量和稳态误差，但是基本接近仿真结果，不能排除一些干扰因素。仿真毕竟是在理想的环境下进行的。

    4 结语

    本文设计了一种用于压力传感器的温度控制系统，针对压力传感器在高温下易产生零点漂移等问题，加工了恒温封闭腔体，把压力传感器置入其中，通过控制系统控制腔体内的温度，解决了高温压力传感器大温度范围难以补偿的问题，从而可以提高测量精度，通过仿真和实验相印证，本方案是可行的。