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溫度控制器(數位溫控器)

Temperature_TG_TW_6_3
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架構範例
  • 溫度控制的架構範例
    以下為溫度控制的基本架構。依據溫度控制器的機種不同,可連接的感測器、操作器也會有所差異。

 

溫度控制
  • 溫度控制
    將設定值輸入溫度控制器後便可使其產生動作,但依據控制對象的特性,也可能會無法使控制對象的溫度立即進入穩定狀態。一般來說如果要加快應答速度,會產生溫度過衝現象或是溫度發生上下震
    動的顫動現象,但如果要消除這些現象,卻又不得不降低應答速度。依據用途不同,可能會有如圖(1)所示,即使會產生過衝現象也要盡速開始進行穩定控制的狀況,也可能會有如圖(3)所
    示,即使要花費時間也要抑制過衝現象的狀況。亦即溫度控制的評估會隨用途、目的而改變。一般而言,會認為圖(2)是較適當的控制波形。

 

控制對象的特性
  • 控制對象的特性
    為了執行適當的溫度控制,在挑選溫度控制器及溫度感測器前,須事先了解控制對象在熱性質上具備何種特性。
ON/OFF動作
如圖中所示,當現在溫度低於設定值時,會使輸出轉為ON並向加熱器通電。高於設定值時,會將輸出切為OFF並切斷加熱器。此種以設定值為交界點重複ON、OFF以保持一定溫度的控制方式,即為ON/OFF動作。另外,因為是以設定值為交界點用0%與100%的操作量進行動作,故也稱為二段位置動作。
P動作(比例動作)
利用與輸入成比例大小的輸出進行控制的動作。
針對設定值設有比例帶,其中操作量(控制輸出量)會依據偏差之比例進行動作,此即為比例動作。
一般而言,當現在溫度低於比例帶時操作量為100%,進入比例帶後操作量會和偏差成比例逐漸減少,當現在溫度與設定值一致(無偏差)時,操作量為50%。亦即和ON/OFF動作相比較下,可執行顫動較輕微的圓滑控制。
I動作(積分動作)
利用與輸入的時間積分值成比例的輸出進行控制的動作。
如果只使用比例動作的話會產生偏差。
此時如果將比例動作搭配積分動作使用,偏差便會隨著時間經過而消失,使控制溫度與設定值趨向一致。
D動作(微分動作)
利用與輸入的時間微分值成比例的輸出進行控制的動作。
比例動作及積分動作都是修正控制結果的修正動作,因此在面對快速的溫度變化時,其應答一定都會延遲。微分動作便是為彌補此項缺點而生。會新增與溫度變化的傾斜度成比例的操作量來執行修正動作。是種對於急遽干擾施予高操作量,以盡快恢復原本控制狀態的動作。
PID控制
PID控制是將比例動作、積分動作、微分動作進行組合搭配的控制動作。能夠以比例動作執行無顫動的圓滑控制,以積分動作自動修正偏差,以微分動作提高對於干擾的應答速度。

2 PID控制
在以往的PID控制方式上,皆使用同一個溫控部位來控制對目標值及干擾的應答。因此在溫控部位的PID參數設定上,①如果重視對干擾的應答(一般會將P、I降低,將D提高),便會使對目標值的應答產生震動(出現過衝現象);反之,②如果重視對目標值的應答(一般會將P、I提高),便會使對干擾的應答產生延遲,具有無法同時滿足雙方應答性的缺點。
為了克服此缺點,可藉由導入2 PID控制方式,既保留PID的優點,又達成③同時兼顧對目標值及干擾的應答。

  • PID控制

①如果提升對干擾的應答品質,便會降低對目標值的應答品質。

②如果提升對目標值的應答品質,便會降低對干擾的應答品質。

 

 2 PID控制

 ③本動作能夠同時確保對目標值應答及干擾應答的控制性能。