[发明专利]一种温度控制系统

说明书

技术领域

本发明属于机械工程加热领域，是一种对具有分布式热源的温度箱进行均匀性温度控制的控制系统，即利用多个加热器将温度箱内温度控制为整体上均匀分布的控制系统。

背景技术

复合试验环境中使用的温度箱安装于离心机机臂的端部，受到离心作用。由于加热过程中温度梯度的存在，温度箱内空气受到重力加速度、离心加速度、哥氏加速度的影响而发生运动，使温度场产生很大的不均匀。为此，在温度箱上布置多个分布式热源，在温度箱内布置多个温度传感器，构成一个多输入多输出(MIMO)的温度控制系统，希望通过对分布式热源进行控制而实现温度场的均匀性。

现有的MIMO控制系统，一般需要进行复杂的解耦控制器设计，尤其是对于具有纯滞后时间的控制对象，其解耦设计更加复杂，需要对模型进行精确的识别。特别的，针对多热源温度场控制的问题，已有的技术是将温度场的空间分为多路温控通道，每个通道都包含一个温度传感器、PID控制器、加热器等元件，每个通道独立进行闭环控制。这种方式的缺点是控制所需的时间较长，并且不同位置处（即不同温控通道）的温度一直不够均匀。

中国专利ZL01822061.4披露了一种控制系统和控制装置，将上述的多个通道（假设总数为                                               ）分为一个主控制通道和个从控制通道，将目标温度作为主控制通道的参考输入，而将主控制通道的输出作为所有从控制通道的参考输入。这样可以使主通道的温度快速稳定的跟踪目标温度，并且使其他通道的温度跟踪该主通道，即可实现整个温度场的均匀性。这种控制系统的缺点在于：将主通道温度作为温度控制的基准值，一旦主通道被干扰或者主通道发生故障，则整个系统将无法正常工作。这种控制系统对主通道的依赖性大，对主通道的性能要求极高，抗干扰能力弱。

发明内容

为了克服现有的均匀性温度控制系统以指定通道为主控制通道，将主控制通道的温度作为从控制通道的参考输入，对主控制通道的性能要求高，抗干扰能力差的缺点，本发明提供了一种对单一通道（如主控制通道）的依赖性低，抗干扰能力强的均匀性温度控制系统。

温度控制系统，包括多个分布式的热源和多个温度传感器，热源与温度传感器一一对应，每个热源与各自的功率驱动模块连接，所有功率驱动模块均受控于温度控制器，温度控制系统以目标温度作为参考输入，以各温度传感器的输出温度作为反馈；

其特征在于：参考输入与输出温度之间的跟踪误差输入温度控制器中，温度控制器将跟踪误差转换为平均误差、并依据平均误差计算获得平均控制量和跟踪误差与平均误差之间的误差偏差、再依据误差偏差获得每个热源的叠加控制量，将平均控制量与叠加控制量的加和信号作为温度控制器的最终输出。

热源与温度传感器一一对应指的是对于每个热源，给定其阶跃输入，都有唯一的某个温度传感器对其响应最大，并且不同热源对应的温度传感器都不重复。

进一步，温度控制器包括将参考输入与输出温度之间的跟踪误差转换为平均误差的误差转换单元，将平均误差转换为平均控制量的平均值跟踪控制单元，和将平均误差与跟踪误差的误差偏差转换为叠加控制量的多路跟踪控制单元。

进一步，温度控制系统包括获取参考输入与输出之间的跟踪误差的第一减法器，第一减法器的输出端分别连接误差转换单元和第二减法器，误差转换单元中预设有将跟踪误差转换为平均误差的误差转换矩阵，，平均误差，其中为跟踪误差；误差转换单元的输出端分别连接平均值跟踪控制单元和第二减法器，平均值跟踪控制单元利用平均误差计算得出系统平均控制量；

，且满足，其中为输入的z变换，为平均误差的z变换。

进一步，第二减法器输出跟踪误差与平均误差之间的误差偏差，第二减法器的输出端与多路跟踪控制单元连接，多路跟踪控制单元利用误差偏差计算得出各个通道的叠加控制量；

，且满足，其中为叠加控制量的z变换；为误差偏差的z变换。

进一步，温度控制器还包括加法器，加法器的两个输入端分别连接平均值跟踪控制单元的输出端和多路跟踪控制单元的输出端，加法器的输出为温度控制器的最终输出，即满足。

进一步，温度控制器的均匀性控制包括以下步骤：

1）、获取各个温度传感器的输出温度，该温度即为系统的输出，其中为第个温度传感器输出的温度值；

获取系统的参考输入，其中为温度控制系统第通道的参考输入值，由于该温度控制系统为均匀性控制系统，则满足；