壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱(chēng)為壓電傳感器。壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測(cè)量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì)。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽車(chē)、船舶、橋梁和建筑的振動(dòng)和沖擊測(cè)量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來(lái)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒壓力的測(cè)量與真空度的測(cè)量。也可以用于軍事工業(yè)，例如用它來(lái)測(cè)量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來(lái)測(cè)量大的壓力，也可以用來(lái)測(cè)量微小的壓力。

    然而當(dāng)外界溫度較大時(shí)，壓力傳感器受溫度影響精度不高，會(huì)產(chǎn)生零點(diǎn)漂移等問(wèn)題，從而增大測(cè)量誤差。于是嘗試加工一個(gè)腔體，把壓力傳感器和溫度傳感器放置在里面形成一個(gè)小的封閉腔體，在外界溫度較高或較低的情況下，用加熱裝置先升溫到幾十度并維持這一溫度，給壓力傳感器做零點(diǎn)補(bǔ)償，提高壓力傳感器的測(cè)量精度。這樣就克服了在大溫度范圍難以補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。本文對(duì)這個(gè)溫度控制系統(tǒng)提出了解決方案，采用了PID參數(shù)自整定控制，模糊控制屬于智能控制方法，它與PID控制結(jié)合，具有適應(yīng)溫控系統(tǒng)非線(xiàn)性、干擾多、時(shí)變等特點(diǎn)。

    1 硬件系統(tǒng)

    用放置在腔體內(nèi)的溫度傳感器測(cè)量恒溫箱內(nèi)的溫度，產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后輸出反饋信號(hào)，再用單片機(jī)進(jìn)行采樣，由液晶顯示恒溫箱內(nèi)的溫度，并通過(guò)溫度控制算法控制加熱裝置。所使用的單片機(jī)為STCl25408AD,自帶A/D轉(zhuǎn)換、EPROM功能，內(nèi)部集成MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路（外部晶振20 MHz以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路），ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專(zhuān)用編程器可通過(guò)串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶(hù)程序，數(shù)秒即可完成一片。硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

    2 系統(tǒng)的控制模型

    電加熱裝置是一個(gè)具有自平衡能力的對(duì)象，可用一階慣性環(huán)節(jié)描述溫控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。

    式中：K為對(duì)象的靜增益；t'為對(duì)象的時(shí)間常數(shù)。

    目前工程上常用的方法是對(duì)過(guò)程對(duì)象施加階躍輸入信號(hào)，測(cè)取過(guò)程對(duì)象的階躍響應(yīng)，然后由階躍響應(yīng)曲線(xiàn)確定過(guò)程的近似傳遞函數(shù)。具體用科恩-庫(kù)恩（cohen-coon）公式確定近似傳遞函數(shù)。

    cohn-coon公式如下：
   

    式中：△M為系統(tǒng)階躍輸入；△C為系統(tǒng)的輸出響應(yīng)；t0o.28為對(duì)象上升曲線(xiàn)為O.28△C時(shí)的時(shí)間（單位：min）；t0.632為對(duì)象上升曲線(xiàn)為O.632△C時(shí)的時(shí)間（單位：min）；從而求得K=O.96,t'=747 s.所以恒溫箱模型為：

    3 系統(tǒng)的控制模型仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    PID控制器（比例-積分-微分控制器），由比例單元 P、積分單元 I 和微分單元 D 組成。通過(guò)Kp, Ki和Kd三個(gè)參數(shù)的設(shè)定。PID控制器主要適用于基本線(xiàn)性和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)。

    PID 控制器是一個(gè)在工業(yè)控制應(yīng)用中常見(jiàn)的反饋回路部件。這個(gè)控制器把收集到的數(shù)據(jù)和一個(gè)參考值進(jìn)行比較，然后把這個(gè)差別用于計(jì)算新的輸入值，這個(gè)新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達(dá)到或者保持在參考值。和其他簡(jiǎn)單的控制運(yùn)算不同，PID控制器可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差別的出現(xiàn)率來(lái)調(diào)整輸入值，這樣可以使系統(tǒng)更加準(zhǔn)確，更加穩(wěn)定�？梢酝ㄟ^(guò)數(shù)學(xué)的方法證明，在其他控制方法導(dǎo)致系統(tǒng)有穩(wěn)定誤差或過(guò)程反復(fù)的情況下，一個(gè)PID反饋回路卻可以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。

    純PID控制有較大超調(diào)量；而純模糊控制由于自身結(jié)構(gòu)的原因又不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，穩(wěn)態(tài)誤差較大。所以，考慮把它們兩者相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。本論文采用參數(shù)模糊自整PID控制。

　　使用該模糊控制器在Simulink中構(gòu)建整個(gè)控制系統(tǒng)，如圖2所示。

    溫度控制系統(tǒng)對(duì)應(yīng)仿真結(jié)果如圖3所示。從上面的仿真結(jié)果表明：調(diào)節(jié)時(shí)間ts約為460s,穩(wěn)態(tài)誤差ess=O,超調(diào)量σ%=O.雖然仿真環(huán)境不可能與實(shí)際情況完全相同，但它的結(jié)果還是具有指導(dǎo)意義的。

    在實(shí)際測(cè)試中前10 min每30 s采樣一次，后10 min每200 s采樣一次，測(cè)得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

    用Matlab軟件處理表1中的測(cè)試數(shù)據(jù)，繪制成變化趨勢(shì)圖，如圖4所示。

    圖4為80℃時(shí)系統(tǒng)測(cè)得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在實(shí)際測(cè)量中仍然有較小的超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差，但是基本接近仿真結(jié)果，不能排除一些干擾因素。仿真畢竟是在理想的環(huán)境下進(jìn)行的。

    4 結(jié)語(yǔ)

    本文設(shè)計(jì)了一種用于壓力傳感器的溫度控制系統(tǒng)，針對(duì)壓力傳感器在高溫下易產(chǎn)生零點(diǎn)漂移等問(wèn)題，加工了恒溫封閉腔體，把壓力傳感器置入其中，通過(guò)控制系統(tǒng)控制腔體內(nèi)的溫度，解決了高溫壓力傳感器大溫度范圍難以補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題，從而可以提高測(cè)量精度，通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)相印證，本方案是可行的。

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