[发明专利]基于授时的高精度PID温度控制器及温度控制方法

说明书

本发明公开了基于授时的高精度PID温度控制器及温度控制方法，包括基于电波授时的高精度PID温度控制器及对应的温度控制方法、基于互联网授时的高精度PID温度控制器、基于GPS授时的高精度PID温度控制器及对应的温度控制方法。本发明通过电波、互联网和GPS信号等方式来实时获取授时中心发布的授时信息，然后将PID温度控制器的本地时钟与授时信息同步，可以自动地纠正本地时钟的误差，从而改善PID算法的计算过程，实现高精度的PID温度控制。本发明广泛应用于温度控制技术领域。

技术领域

本发明涉及温度控制技术领域，尤其是一种基于授时的高精度PID温度控制器及控制方法。

背景技术

术语解释：

电波授时：一种通过接收携带授时信息的长波信号并从中解析出授时信息后对本地时钟进行调整的技术。长波信号一般由授时中心或者天文台的机构发射，世界多个国家都设有能够发射长波信号的授时中心。市面上一些钟表使用电波授时来自动调校时间。

GPS授时：一种通过接收GPS信号并从中解析出授时信息后对本地时钟进行调整的技术。GPS授时技术在移动设备等民用技术和军用技术上均有应用。

互联网授时：一种通过访问授时服务器来获取授时信息并对本地时钟进行调整的技术。互联网授时在手机和家用计算机等领域均有应用。

PID算法是一种利用比例、积分和微分控制规律进行负反馈调节的算法，其具有原理简单，鲁棒性强和实用面广等优点，目前已经十分成熟，而且发展为应用最广泛的控制算法之一。PID算法的原理可以通过公式表示，式中，t表示时间，e(t)为输入的误差信号，u(t)为输出的控制信号，K_p为比例系数，T_i为积分时间常数，T_d为微分时间常数。由公式可知，PID算法的原理是获取误差信号e(t)并经过一系列处理后得到控制信号u(t)，然后根据控制信号u(t)来实现负反馈控制。

PID算法的一个应用是PID温度控制器。PID温度控制器内部包括时钟和处理器等部件组成的微电脑，其中时钟用于向处理器以及其他部件提供工作所必需的时钟信号，而处理器可以运行PID算法以及进行其他数据处理。PID温度控制器可用于生产车间、仓库、冷冻车和恒温室等需要进行温度控制的场景。

将PID算法应用在温度控制器上，e(t)就相应成为温度误差信号，u(t)相应成为温度控制信号。u(t)除了与e(t)有关外，还与积分上限t、比例系数K_p、积分时间常数T_i和微分时间常数T_d有关。PID算法中的各量都是时间的函数，而且需要进行频繁的对时间积分和对时间微分的工作，而在处理器上运行的PID算法属于离散化的算法，需要将PID算法中的各量根据时间离散化处理，因此对处理器所用的时钟信号精度有很高的要求。

时钟精度除了与时钟芯片等硬件的生产工艺相关外，还与硬件的使用环境的温度密切相关。如果使用环境的温度偏离最适宜使用温度，那么时钟的计时便会过快或过慢，降低了时钟精度，使得误差信号的采集和控制信号的计算都会出现偏差，从而影响温度控制器的温度效果。

但是，PID温度控制器的应用场合都是长期处于高温、低温或者频繁进行大温差转换的环境，在这种恶劣的条件下，即使在PID温度控制器上应用隔热保温材料也难以避免PID温度控制器中的时钟受到影响。在长期处于恶劣应用条件的情况下，时钟的偏差还会发生积累，使得PID温度控制器的控制效果越来越差。

发明内容

为了解决上述温度控制器时钟偏差导致的温度控制效果变差的技术问题，本发明的目在于提供基于授时的高精度PID温度控制器及温度控制方法。

本发明所采取的第一技术方案是：