[发明专利]多温区温度控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种温度控制设备及温度控制方法，尤其涉及一种多温区温度控制系统及控制方法。

背景技术

在现有技术中，加热器的多个加热单元对多个加热区进行加热。而加热器各个加热单元对多个加热区的加热通常采用自动控制(PID)单元闭环进行控制。为了消除各个加热区之间的温度差，自动控制单元会对各个加热单元的加热进行分别调节，以使得各个加热区的温度更加均匀。

请参考图1所示的现有技术中一种温度控制系统的结构示意图。如图1所示，温度控制系统包括：加热器，所述加热器包括三个加热单元，分别是第一加热单元41、第二加热单元42和第三加热单元43，第一加热单元41、第二加热单元42和第三加热单元43分别用于对三个加热区进行加热，反馈信号获得单元50设置在加热环路1中，反馈信号获得单元50用于获得反馈信号，作为自动控制单元20的一个输入信号。具体地，自动控制单元20具有输入端10，所述输入端10用于输入目标信号以及反馈信号，并且基于目标信号和反馈信号获得比较信号，所述比较信号作为自动控制单元20的输入信号。其中，所述目标信号可以为温度信号，其定义了自动控制单元控制加热区的控制目标；所述反馈信号为来自反馈信号控制单元50的反馈信号，所述反馈信号可以为温度信号，该反馈信号反映了三个加热区的实际温度值，当所述目标信号和反馈信号为温度信号时，所述比较信号为加热区的目标温度和实际温度的温度差。

所述自动控制单元20用于基于比较信号产生控制信号，从加热输出端30输出，所述控制信号经过第一矫正单元R1进行矫正因子处理后输出至第一加热单元41，所述控制信号经过第二矫正个单元R2进行矫正因子处理后输出至第二加热单元42，所述控制信号经过第三矫正单元R3进行矫正因子处理后输出值第三加热单元43。各个加热单元在矫正处理后的控制信号的控制下对各个加热区进行加热。所述反馈信号获得单元50采集任意一个加热区的信号(比如实际温度)作为反馈信号，提供至输入端10。

上述第一种温度控制系统是三个加热单元在一个自动控制单元50的控制下对加热区进行加热，使用一个加热路径，做自动控制计算，使用同一个输入端，同一个反馈信号获得单元，得出一个控制信号，所述控制信号经过每一加热单元对应的矫正单元进行矫正处理后输入至各个加热单元，对各个加热单元的加热进行控制。这种方式假设了三个加热单元对三个加热区加热后各个的温度变化能基本同步，因此各个加热单元按指定比例一起升温，一起降温，能够一定程度减少各个加热单元之间的相互干扰。其优点是硬件设计简单，仅需要一个反馈信号获得单元，一个加热路径(Loop)，减少了加热单元之间的相互干扰，不存在一个加热单元在升温、另几个加热单元在降温的情况。但其缺点是会破坏原来自动控制系统的固有的控制率，导致自动控制参数的整体设定困难，无法满足对某个加热区单独升温的要求，从而无法快速实现各个加热区的温度均匀性，无法实时计算和调整加热的矫正因子，虽然自动加热参数对被控对象的特性变化有一定的包容性，但可能会导致未知的系统稳定性。

因而，在实际中当发现各个加热区之间的温度不均匀时，技术人员通常会对矫正因子进行调节，即将图1中的三个矫正因子单元R1、R2和R3分别设置于加热输出端30和三个加热区41、42、43之间，并产生矫正因子调节加热输出端30输出的功率信号。但是对于控制信号形成单元，调节矫正因子相当于改变了系统固有的升温特性，矫正因子的变化会导致系统升温特性的变化。由于原有的自动控制(PID)参数是针对原有的系统的升温特性进行，因此，当温度控制系统的升温特性发生变化时，需要对自动控制参数进行相应的调节，因此，矫正因子和自动控制参数相互影响，调节难度较大。

图2为现有技术中另一种温度控制系统的结构示意图。如图2所示，第二种温度控制系统具有三个加热环路1、2和3，三个自动控制单元21、22和23以及三个反馈信号获得单元51、52和53，三个自动控制单元21、22和23及三个反馈信号获得单元51、52和53分别与加热区的三个加热单元(第一个加热单元41、(第二个加热单元42和第三个加热单元43，每一加热单元用于对应于一个加热区进行加热)对应。每个加热单元41、42和43利用各自的反馈信号获得单元51、52和53及自动控制单元21、22和23进行控制，每个加热区的输入端信号不同。

同时，将三个矫正因子单元R1、R2和R3分别设置于三个反馈信号获得单元51、52、53和输入端11、12、13之间，三个矫正因子单元R1、R2和R3产生矫正因子调节反馈信号获得单元的反馈信号51、52、53。