一种高精度快速追踪温度轨迹的控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种高精度快速追踪温度轨迹的控制方法及系统，方法包括：绘制目标温度轨迹，对所述目标温度轨迹进行离散化处理，基于离散化处理后的所述目标温度轨迹进行温度轨迹控制；系统包括：预设温度轨迹模块用于绘制目标温度轨迹；被控对象用于表征实际温度；铂电阻传感器用于检测所述被控对象的实际温度，并将所述实际温度输入到所述控制器；控制器用于绘制实际温度轨迹，对所述目标温度轨迹进行离散化处理，运行PID控制程序，完成温度轨迹的控制。本发明专利技术对被控温度不仅能实现传统意义的静态恒温控制，还能对预设的一条温度过程轨迹实现在秒级时间级别内进行密切追踪，以满足在短时间内对温度变化过程有严格要求的应用场合的需求。合的需求。合的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度快速追踪温度轨迹的控制方法及系统


[0001]本专利技术属于温度轨迹追踪控制
，尤其涉及一种高精度快速追踪温度轨迹的控制方法及系统。

技术介绍

[0002]温度控制技术被越来越广泛应用到各种领域，工业领域的锅炉加热，CNC车床的精密温度控制，疫苗、药物恒温储存，冰箱、冷库对食物的恒温储存等都离不开温度控制。然而，目前广泛应用的温度控制技术都是基于一种静态控制的方式，也就是设定一个目标温度后，被控对象处于一种恒温状态。这是一种传统的温度控制方法，技术发展已经非常成熟，控制精度也非常高，在很多的场合中获得非常满意的效果。
[0003]随着经济的快速发展，对温度控制的要求也越来越高，尤其是恒温精度方面的要求甚至达到
±
0.01℃。除了对精度要求越来越高以外，对温度进行快速动态跟踪控制的需求也在日渐体现。某些特殊的化学反应、某些精密机件的加工过程、食品的加工过程，例如茶叶、咖啡豆等烘培的过程要求温度并非按照传统恒温方式，而是按照一条预设的轨迹实现变化，也就是目标温度是一条随时间变化的轨迹，变化的快速程度达到秒级。针对上述温度控制的要求，本专利技术提出一种能够对预设温度轨迹进行快速追踪的控制方法，对一条制热或制冷的温度过程轨迹实现在秒级响应时间内进行精密追踪。
[0004]除此之外，因为被控对象的温度变化过程往往在第一次达到目标值的时候出现超调现象，而这种超调非常不利于温度控制效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出的温度控制方法将首先实现一种无超调的温度变化过程，其次对目标温度轨迹进行离散处理，再结合无超调的温度控制方法从而实现对目标温度轨迹的追踪。利用本专利技术的控制方法实现的温度控制装置能对一个预设温度轨迹进行快速精密追踪，从而满足被控对象对温度变化过程的特殊要求。
[0006]一方面为实现上述目的，本专利技术提供了一种高精度快速追踪温度轨迹的控制方法，包括以下步骤：
[0007]绘制被控对象的目标温度轨迹，对所述目标温度轨迹进行离散化处理，基于离散化处理后的所述目标温度轨迹进行所述被控对象的温度轨迹控制。
[0008]可选地，进行温度轨迹控制还包括：
[0009]将绘制的所述目标温度轨迹的第一个点作为预热或预冷温度值，所述被控对象的温度达到预热或预冷温度值后开始进行温度轨迹控制。
[0010]可选地，绘制目标温度轨迹的步骤为：
[0011]获取目标温度点，基于所述目标温度点连线绘制所述目标温度轨迹。
[0012]可选地，对所述目标温度轨迹进行离散化处理的步骤为：
[0013]判断所述目标温度轨迹中相邻目标温度点之间连线的时间间隔是否大于1秒；
[0014]若是，则对所述相邻目标温度点之间连线以1秒为间隔进行等分为n份，将所述相邻目标温度点之间连线的温度差值以n份进行平分得到温度增量，基于所述相邻目标温度点之间连线的起点温度逐一增加所述温度增量，获得n个目标温度值，完成所述相邻目标温度点之间连线的离散细分；
[0015]对所述目标温度轨迹中全部的相邻目标温度点之间连线进行所述离散细分，完成所述目标温度轨迹的离散化处理。
[0016]可选地，进行温度轨迹控制还包括：
[0017]获取所述被控对象的实际温度轨迹，若所述实际温度轨迹偏离离散化处理后的所述目标温度轨迹后，采用处理后的实际温度轨迹替换所述目标温度轨迹。
[0018]可选地，对所述实际温度轨迹进行处理包括：
[0019]在所述实际温度轨迹偏离离散化处理后的所述目标温度轨迹后，获取所述实际温度轨迹恢复与所述目标温度轨迹的相同趋势时的反转温度点，基于所述反转温度点获取预设阈值范围内的温度差值，所述预设阈值范围为以所述反转温度点的时间序号为起点序号向前取1.5倍～2.5倍的序号点对应的温度点的范围；所述时间序号为离散化处理后的所述目标温度轨迹中，每个目标温度之间以1秒时间间隔逐一递增时依次标记的横坐标序号；
[0020]基于所述温度差值，获取按照1秒时间间隔逐一变化的平均温度差值；
[0021]基于所述反转温度点按照1秒时间间隔逐一递增所述平均温度差值，获得处理后的所述实际温度轨迹。
[0022]可选地，进行温度轨迹控制还包括：
[0023]将所述目标温度轨迹的第一个点作为预热或预冷温度点，使被控对象温度达到预热或预冷温度值后开始进行温度轨迹控制。
[0024]另一方面为实现上述目的，本专利技术提供了一种高精度快速追踪温度轨迹的控制系统，包括控制器、伺服风机、发热丝、铂电阻传感器、被控对象以及预设温度轨迹模块；所述预设温度轨迹模块用于绘制目标温度轨迹；所述被控对象为空腔体，用于表征实际温度；所述铂电阻传感器用于检测所述被控对象的实际温度，并将所述实际温度输入到所述控制器；所述控制器用于基于所述实际温度控制所述伺服风机的风速与所述发热丝的功率输出，基于所述实际温度绘制实际温度轨迹，对所述目标温度轨迹进行离散化处理，运行PID控制程序，完成温度轨迹的控制。
[0025]可选地，所述PID控制程序的参数由继电器反馈法进行自整定获得；所述PID控制程序的参数包括比例系数Gain、积分时间Ti、微分时间Td。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0027]本专利技术能够通过运行PID控制程序实现制热或制冷过程温度无超调控制；对目标温度轨迹进行离散化处理实现在秒级时间内进行快速密切追踪控制；对目标温度轨迹进行追踪控制过程中出现实际轨迹偏离能够快速无超调纠正；利用本专利技术的控制方法设计的温度控制器能够对一些需要严格按照预设温度轨迹进行的特殊化学反应、药物制造等实现精密的温度控制，同时对一些需要严格按照预设温度轨迹进行的食品加工过程、蒸煮过程、烘培过程等实现精密的温度轨迹控制，以获得更好产品品质。
附图说明
[0028]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0029]图1为本专利技术实施例一的高精度快速追踪温度轨迹的控制系统结构示意图；
[0030]图2为本专利技术实施例一的离散化处理前的目标温度轨迹示意图；
[0031]图3为本专利技术实施例一的离散化处理后的目标温度轨迹示意图；
[0032]图4为本专利技术实施例一的原轨迹与受扰动后的轨迹示意图。
具体实施方式
[0033]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0034]需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0035]本专利技术提供一种高精度快速追踪温度轨迹的控制方法，包括以下步骤：
[0036]绘制被控对象的目标温度轨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度快速追踪温度轨迹的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：绘制被控对象的目标温度轨迹，对所述目标温度轨迹进行离散化处理，基于离散化处理后的所述目标温度轨迹进行所述被控对象的温度轨迹控制。2.根据权利要求1所述的高精度快速追踪温度轨迹的控制方法，其特征在于，进行温度轨迹控制还包括：将绘制的所述目标温度轨迹的第一个点作为预热或预冷温度值，所述被控对象的温度达到预热或预冷温度值后开始进行温度轨迹控制。3.根据权利要求1所述的高精度快速追踪温度轨迹的控制方法，其特征在于，绘制目标温度轨迹的步骤为：获取目标温度点，基于所述目标温度点连线绘制所述目标温度轨迹。4.根据权利要求2所述的高精度快速追踪温度轨迹的控制方法，其特征在于，对所述目标温度轨迹进行离散化处理的步骤为：判断所述目标温度轨迹中相邻目标温度点之间连线的时间间隔是否大于1秒；若是，则对所述相邻目标温度点之间连线以1秒为间隔进行等分为n份，将所述相邻目标温度点之间连线的温度差值以n份进行平分得到温度增量，基于所述相邻目标温度点之间连线的起点温度逐一增加所述温度增量，获得n个目标温度值，完成所述相邻目标温度点之间连线的离散细分；对所述目标温度轨迹中全部的相邻目标温度点之间连线进行所述离散细分，完成所述目标温度轨迹的离散化处理。5.根据权利要求4所述的高精度快速追踪温度轨迹的控制方法，其特征在于，进行温度轨迹控制还包括：获取所述被控对象的实际温度轨迹，若所述实际温度轨迹偏离离散化处理后的所述目标温度轨迹后，采用处理后的实际温度轨迹替换所述目标温度轨迹。6.根据权利要求5所述的高精度快速追踪温度轨迹的控制方法，其特征在于，对所述实际温度轨迹进行处理包括：在所述实...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁富琳，邱守强，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：