Pid dijital 12V DC sıcaklık kontrol cihazı

1. PID sıcaklık kontrolörü 

Bu makale, çok çeşitli taşınabilir uygulamalar için uygun olan 12V DC versiyonuna odaklanmaktadır.

2. PID Kontrolünü Anlama

PID algoritması, 12V DC PID Sıcaklık Kontrol Cihazının merkezinde yer alır. Bu' İstenen ayar noktası (veya hedef) ile gerçek değişken arasındaki farkı en aza indiren matematiksel bir modeldir. PID, kontrol yasasını oluşturan birbirine bağlı ancak farklı üç terim olan orantılı, integral ve türev anlamına gelir. Bu üç bileşeni anlamak, PID denetleyicisini anlamanıza yardımcı olacaktır.#39; sıcaklık kontrol görevlerinde S etkinliği.

Oransal Kontrol (P): Bu terim, hatayla doğru orantılı bir çıkış sinyali üretir. İstenen ayar noktası sıcaklığı ile gerçekte ölçülen sıcaklık arasındaki farka mevcut sıcaklık denir. Daha büyük bir hata, daha güçlü bir kontrol sinyali ile sonuçlanır. P-kontrolü anında yanıt verir, ancak arkasında kararlı bir durum hatası bırakır. Bu, sıcaklığın istenen ayar noktasına ulaşmayabileceği ve kayabileceği anlamına gelir. Bu yanıt ' Orantılı Kazançlar' (Kp). Daha yüksek bir Kp, daha hızlı bir reaksiyona ve aynı zamanda daha fazla salınıma neden olur.

İntegral Kontrol (I): Bu terim, P-kontrolünün doğasında bulunan kararlı durumdaki hatayı ele almak için kullanılır. İntegral terimi, tüm geçmiş hataların zaman içindeki toplamını hesaplar ve bu tutarsızlığı sürekli olarak düzelten bir çıktı üretir. Hata devam ederse, integral terimini büyütecek ve bu da sorun çözülene kadar kontrolörün çıkışını değiştirecektir. Entegre sargı, kontrol çıkışında gecikmeye neden olarak kontrolörün aşırı tepki vermesine neden olabilir.

3. PID sıcaklık kontrol cihazı 12V DC için bileşenler

Her bileşen, sıcaklık ölçümü, işleme ve kontrol aşamalarında çok önemli bir rol oynar. Bu bileşenleri anlamak, hem tasarım hem de sorun giderme için çok önemlidir.

12V DC ile çalışan PID kontrol cihazlarında kullanılan en yaygın sensör türleri şunları içerir:

Termokupllar Sağlamdırlar, geniş bir sıcaklık aralığına sahiptirler ve nispeten düşük maliyetlidirler, ancak yavaş tepki sürelerinden, doğrusal olmayan çıktıdan ve daha yavaş bir ısı transferi hızından muzdariptirler. K, T ve J tipleri yaygın olarak kullanılır.

Direnç Sıcaklık Dedektörleri: Termokupllardan daha küçük bir sıcaklık aralığında daha yüksek doğruluk ve daha fazla kararlılık sağlar. Çıkış doğrusaldır, bu da sinyal işlemeyi basitleştirir. En yaygın RTD'ler platindir (Pt100 ve Pt1000).

Termistörler Mükemmel hassasiyet, hızlı tepki süresi sunar ve hızlı sıcaklık algılama gerektiren uygulamalar için uygundur. Örnekler arasında soğutma sistemleri, elektronik cihazlar veya diğer benzer durumlar yer alır. Bununla birlikte, sıcaklık aralıkları genellikle termokupllar ve RTD'lerden daha kısıtlıdır. Sensör daha sonra bu fiziksel sıcaklık değişikliğini, kontrolöre iletmeden önce voltaj değişikliği veya direnç gibi bir elektrik sinyaline dönüştürür.

Kontrol Ünitesi: Cihazın beyni, aktüatör için çıkış sinyalini oluşturmak için sensörden gelen sinyal girişini işler. Modern sistemler genellikle bir PID Entegre Devresi veya bir Mikrodenetleyici kullanır. Kontrolör, sensörün okumasını (proses değişkeni) ayar noktası sıcaklığı ile karşılaştırır. Kontrolör, karşılaştırmaya, hesaplanan PID terimlerine ve I ve D değerlerine dayalı olarak düzeltici eylemleri belirler. Mikrodenetleyiciler esnektir, programlanabilir ve iletişim arayüzleri veya kullanıcı arayüzleri gibi ekstra özellikler içerebilir. PID entegre devreler daha basit ve daha verimli bir çözümdür. Onlar' PID algoritmasını uygulamak için yeniden tasarlanmıştır.

Güç kaynağı: 12V DC, kontrolör ve sensör sinyali koşullandırma devresi veya kullanıcı arayüzü gibi diğer olası bileşenler için gereken voltajı belirtir. Tutarlı performans için sabit bir 12V DC besleme kullanılmalıdır. Maliyet ve verimliliğe bağlı olarak, anahtarlamalı güç kaynağı veya lineer regülatörler seçilebilir. Güç kaynakları, gelen voltajları (örneğin bir duvar adaptöründen veya pilden) kontrolörlerin ihtiyaç duyduğu 12V DC'ye dönüştürür.

Aktüatör Çıkışı: Bu bileşenler, kontrolör tarafından belirlenen kontrol eylemlerini uygular. Sıcaklığın ayar noktasına daha yakın ölçülmesini sağlamak için sisteme ısıyı çıkarabilir veya ekleyebilirler (veya her ikisini de yapabilirler). Aşağıdaki aktüatörler, 12V DC ile çalışan sistemlerde yaygın olarak kullanılır:

4. İşe Yarıyor

12V DC sıcaklık kontrol cihazı, ölçüm, karşılaştırmalar, hesaplamalar ve eylemleri içeren bir döngü kullanır. Buna kapalı döngü kontrol sistemi denir. Bu işlemin dinamik doğası, koşullar değiştiğinde veya yükler bozulduğunda bile sıcaklığın ayar noktasını yakından takip etmesini sağlar. Bu döngü, denetleyiciyi anlamak için çok önemlidir.

Sıcaklık Ölçümü: Bu işlem, sıcaklığının kontrol edilmesi gereken sisteme veya ortama monte edilen sensör ile başlar. Sensör, fiziksel miktarı (örn. voltaj değişimi veya direnç) sürekli olarak bir elektrik sinyaline dönüştürür. Sinyal, kontrol ünitesine gönderilmeden önce şartlandırılabilir (örn. güçlendirilmiş veya doğrusallaştırılmış).

Sinyallerin Alınması ve Karşılaştırılması: Sensörün alınmasından sonra#39; s sinyali, kontrolör (tipik olarak bir PID IC veya mikrodenetleyici) sinyali mevcut sıcaklığı temsil eden dijital veya işlenmiş-analog bir değere dönüştürür. Kontrol ünitesi, ölçülen sıcaklığı (Proses Değişkeni veya PV) kullanıcı tarafından tanımlanan ayar noktası sıcaklığıyla karşılaştırır. hata, SP'nin PV'ye bölünmesiyle hesaplanır. PID algoritması bu hata tarafından yönlendirilir.

PID Algoritmasının Yürütülmesi: Kontrolör, E hata sinyalini kullanarak kontrol çıkışını (u) hesapladığında, PID algoritmalarını uygular. Hesaplama, mevcut hatayı (Orantılı), geçmişteki hataların geçmişini (İntegral) ve değişim oranını (Türev) aynı anda hesaba katar. Bu matematiksel formül tipik olarak şuna benzer:

Çıkış (u) = Kp * E + Ki * E dt + Kd * dE/dt

Bunlar Orantılı Kazançlar, İntegral Kazançlar ve Türetilmiş Kazançlardır. Bu kazanımlar, kontrolörün davranışı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bu hesaplamalar kontrolör tarafından gerçekleştirilir' programlanmış kazançlara ve mevcut hata değerlerine dayalı yazılım veya donanım.

Çıkış Sinyalinin Üretilmesi: PID hesaplamalarından (çıkış kontrolü u) elde edilen sonuçtan sonra, sinyal aktüatör tarafından kullanılabilecek bir formata çevrilir. Çıkış sinyali tipik olarak istenen soğutma veya ısıtma çabası seviyesini temsil eder. Daha yüksek bir çıkış sinyali, örneğin, ısıtma elemanına gönderilen daha fazla güce veya bir soğutma fanının daha yüksek hızlarına karşılık gelebilir.

Aktüatörün Kontrolü: Bir kontrolör, aktüatöre bir çıkış sinyali (örn. dijital pinler, analog voltaj veya PWM sinyalleri aracılığıyla) iletir. Bu sinyal, daha sonra gerekli tüm fiziksel eylemleri gerçekleştiren aktüatör tarafından alınır. Ölçülen sıcaklık ayar noktasından düşükse aktüatör ısıtmayı artırır veya soğutmayı azaltır. Ölçülen sıcaklık ayar noktasından yüksekse aktüatör ısıtmayı azaltır veya soğutmayı artırır. Aktüatör, yalnızca sıcaklık ayar noktasına yakınsa minimum önlem alabilir.

Döngü kapatma ve geri besleme: Sıcaklık sensörü aracılığıyla kontrolör, aktüatörden gelen çıkışı ve bunun sistem sıcaklığı üzerindeki etkisini sürekli olarak izler. Geri besleme döngüsü, dinamik sistem yanıtına izin verir. Bozulmalar meydana gelirse hata değişir (örn. yükte bir değişiklik veya bir kapının açılmasından kaynaklanan sıcaklık düşüşü). Bu, bir sonraki döngüde PID algoritmasını kullanarak bir hesaplamayı tetikleyecektir. Sürekli ölçüm, karşılaştırma ve hesaplama sırası, ayar noktası sıcaklığının mümkün olduğunca yakın kalmasını sağlamak için kullanılır. Bu, kapalı döngü kontrolünü gösterir.

PID sıcaklık kontrolörleridinamik sistem dinamiklerini uyarlayarak son derece hassas ve güvenilir sıcaklık regülasyonu sağlayabilirler.

5. Tasarım ve inşaat

Sağlam ve güvenilir olacak şekilde tasarlanmış bir 12V DC sıcaklık kontrol cihazı, yalnızca kontrol teorisinin sağlam bir şekilde anlaşılmasına değil, aynı zamanda tasarıma da dayanır. Bu aşamada, gereksinimler güvenilir, verimli ve güvenlik standartlarına uyan bir elektronik sisteme dönüştürülür.

Şemalar ve Devre Tasarımı: Bileşenler arasındaki bağlantıyı gösteren ayrıntılı şemalar oluşturun. Güç kaynağını (bir 12V DC regülatör aşaması tasarlayarak) sensör arayüzü (termokupllar için amplifikasyon ve doğrusallaştırma gibi sinyal koşulları göz önünde bulundurularak), çekirdek PID mantığı (özel bir IC veya mikrodenetleyici kullanarak) ve çıkış sürücüsü (12V yükü değiştirmek için transistörler veya katı hal röleleri kullanarak) takip eder. Bu tasarım, sinyalin doğru bir şekilde işlenmesini sağlamalıdır, orada' Yeterli güç sağlanır ve voltajdaki ani yükselmelere veya yanlış kablolamaya karşı koruma sağlar.

Bileşen seçimi: Doğru bileşenlerin seçilmesi, performans ve dayanıklılık için çok önemlidir. Seçim kriterleri şunlardır: