一種基于pid串級(jí)控制的駕駛艙溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于PID串級(jí)控制的駕駛艙溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括溫度傳感器，調(diào)溫控制器，功率放大電路和電動(dòng)機(jī)構(gòu)，調(diào)溫控制器包括主PID溫度控制器和副PID溫度控制器，主PID溫度控制器通過(guò)功率放大電路和電動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，副PID溫度控制器的輸入端連接溫度傳感器，副PID溫度控制器的輸出端和電動(dòng)機(jī)構(gòu)的電動(dòng)閥位置傳感器經(jīng)過(guò)差分電路與主PID溫度控制器連接。本實(shí)用新型采用數(shù)字式PID溫度控制器取代現(xiàn)有系統(tǒng)中的螺旋彈簧式溫度控制器，不僅使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能同時(shí)得到改善，還提高了系統(tǒng)工作的可靠性并根據(jù)駕駛艙溫度調(diào)節(jié)有較大的容量滯后的特點(diǎn)，將PID溫度控制器以串級(jí)控制的方式連接，不僅可以加快系統(tǒng)的反應(yīng)速度，提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，而且還使系統(tǒng)的抗擾性能、自適應(yīng)能力得到增強(qiáng)。
【專利說(shuō)明】—種基于PID串級(jí)控制的駕駛艙溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于溫度控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于PID串級(jí)控制的駕駛艙溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]飛機(jī)駕駛艙溫度變化與否取決于進(jìn)入駕駛艙的調(diào)溫空氣的供熱量與駕駛艙自身散熱量之間的平衡。當(dāng)供熱量大于散熱量時(shí)駕駛艙的溫度將升高，反之，它的溫度則降低。因?yàn)殡S著季節(jié)的變換以及飛行高度和速度的改變，飛機(jī)駕駛艙的散熱量隨之發(fā)生變化，從而使駕駛艙的溫度偏離設(shè)定值。而駕駛艙溫度過(guò)高或過(guò)低，都會(huì)影響飛行員的正常工作。為了讓飛行員在最有利的氣溫下執(zhí)行任務(wù)，飛機(jī)上必須裝備高性能的駕駛艙溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0003]駕駛艙溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)通常由溫度控制器、功率放大電路和電動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，它能夠根據(jù)駕駛艙溫度的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)入駕駛艙的調(diào)溫空氣的溫度，從而將駕駛艙溫度保持在設(shè)定值?，F(xiàn)行的駕駛艙溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中溫度控制器依靠雙金屬螺旋彈簧感受駕駛艙溫度的高低，產(chǎn)生變形，帶動(dòng)杠桿使活動(dòng)觸頭與“冷”、“熱”觸頭接通，驅(qū)動(dòng)空氣分配器中的電動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)改變冷、熱氣門的開(kāi)度，以調(diào)節(jié)進(jìn)入駕駛艙的調(diào)溫空氣的溫度，從而對(duì)駕駛艙溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。顯然，由于活動(dòng)觸頭與冷、熱觸頭之間存在間隙，決定現(xiàn)行系統(tǒng)存在調(diào)節(jié)不靈敏區(qū)，影響其準(zhǔn)確性，而為提高其準(zhǔn)確性，就必須縮小冷、熱觸頭之間存在的間隙。但是觸頭間隙過(guò)小又容易使系統(tǒng)產(chǎn)生“自振”現(xiàn)象，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此，現(xiàn)行系統(tǒng)存在動(dòng)態(tài)性能與靜態(tài)性能不能兼顧的固有弊端。另外，觸頭由于反復(fù)通斷而造成的燒傷或粘結(jié)等不確定因素不僅嚴(yán)重影響系統(tǒng)的工作可靠性，也大大增加了維護(hù)保障工作的復(fù)雜性。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于PID串級(jí)控制的駕駛艙溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，改善現(xiàn)有系統(tǒng)存在調(diào)節(jié)不靈敏的缺陷。
[0005]本實(shí)用新型解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案為:一種基于PID串級(jí)控制的駕駛艙溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括用于檢測(cè)駕駛艙溫度的溫度傳感器，調(diào)溫控制器，功率放大電路和電動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述調(diào)溫控制器包括主PID溫度控制器和副PID溫度控制器，主PID溫度控制器的輸出端通過(guò)功率放大電路和電動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，副PID溫度控制器的輸入端連接溫度傳感器，副PID溫度控制器的輸出端和電動(dòng)機(jī)構(gòu)的電動(dòng)閥位置傳感器經(jīng)過(guò)差分電路與主PID溫度控制器的輸入端連接。
[0006]按上述方案，所述主PID溫度控制器和副PID溫度控制器的結(jié)構(gòu)相同，包括微處理器、對(duì)上位機(jī)的通訊電路、外部輸入信號(hào)米樣電路、用于控制電動(dòng)機(jī)構(gòu)的繼電器組和用于對(duì)控制器供電的電源；所述對(duì)上位機(jī)的通訊電路、外部輸入信號(hào)采樣電路和用于控制電動(dòng)機(jī)構(gòu)的繼電器組分別與微處理器連接。[0007]按上述方案，所述主PID溫度控制器和副PID溫度控制器還包括溫度顯示器，溫度顯示器與微處理器連接。
[0008]按上述方案，所述主PID溫度控制器和副PID溫度控制器還包括掉電保護(hù)裝置，掉電保護(hù)裝置與微處理器連接。
[0009]按上述方案，所述微處理器為Atmel公司的8位微處理器AT89C51 ;所述對(duì)上位機(jī)的通訊電路包括獨(dú)立的CAN通訊控制器SJA1000、CAN總線收發(fā)器PCA82C250和高速光耦合器6N137，SJA1000通過(guò)光電耦合器6N137與PCA82C250連接；所述外部輸入信號(hào)采樣電路為兩個(gè)8位分辨率的A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832。
[0010]按上述方案，所述溫度顯示器包括8位動(dòng)態(tài)數(shù)碼管和MAX7221芯片。
[0011 ] 按上述方案，所述掉電保護(hù)裝置為看門狗X5054芯片。
[0012]按上述方案，所述主PID溫度控制器和副PID溫度控制器還包括與8位微處理器AT89C51連接的鍵盤，通過(guò)鍵盤可設(shè)置駕駛艙溫度的給定值。
[0013]本實(shí)用新型裝置的原理是:
[0014]本實(shí)用新型裝置帶來(lái)的有益效果是:
[0015]1.采用數(shù)字式PID溫度控制器取代現(xiàn)有系統(tǒng)中的螺旋彈簧式溫度控制器，不僅使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能同時(shí)得到改善，還提高了系統(tǒng)工作的可靠性。
[0016]2.根據(jù)駕駛艙溫度調(diào)節(jié)有較大的容量滯后的特點(diǎn)，將PID溫度控制器以串級(jí)控制的方式應(yīng)用于駕駛艙溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，不僅可以加快系統(tǒng)的反應(yīng)速度，提高其實(shí)時(shí)性，而且還使系統(tǒng)的抗擾性能、自適應(yīng)能力得到增強(qiáng)，從而使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的通用性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型【背景技術(shù)】中的駕駛艙溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的PID溫度控制器的硬件結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的駕駛艙溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的串級(jí)控制回路圖；
[0020]圖4為本實(shí)用新型某型飛機(jī)駕駛艙溫度調(diào)節(jié)的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。
[0021]【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0023]本實(shí)用新型的實(shí)施例中，如圖3所示，一種基于PID串級(jí)控制的駕駛艙溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括溫度傳感器，調(diào)溫控制器，功率放大電路和電動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述調(diào)溫控制器包括主PID溫度控制器和副PID溫度控制器，主PID溫度控制器通過(guò)功率放大電路和電動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，副PID溫度控制器的輸入端連接溫度傳感器，副PID溫度控制器的輸出端和電動(dòng)機(jī)構(gòu)的電動(dòng)閥位置傳感器經(jīng)過(guò)差分電路與主PID溫度控制器連接。
[0024]主PID溫度控制器和副PID溫度控制器的結(jié)構(gòu)相同，如圖2所示，包括微處理器、對(duì)上位機(jī)的通訊電路、外部輸入信號(hào)采樣電路、用于控制電動(dòng)機(jī)構(gòu)的繼電器組和用于對(duì)控制器供電的電源；對(duì)上位機(jī)的通訊電路、外部輸入信號(hào)采樣電路和用于控制電動(dòng)機(jī)構(gòu)的繼電器組分別與微處理器連接；其中；微處理器為Atmel公司的8位微處理器AT89C51 ;對(duì)上位機(jī)的通訊電路包括獨(dú)立的CAN通訊控制器SJA1000、CAN總線收發(fā)器PCA82C250和高速光耦合器6N137，SJA1000通過(guò)光電耦合器6N137與PCA82C250連接；獨(dú)立的CAN通訊控制器SJA1000、CAN總線收發(fā)器PCA82C250和高速光耦合器6N137共同構(gòu)成與上位機(jī)的通訊電路。微處理器AT89C51負(fù)責(zé)SJA1000初始化，采用遵守CAN2.0A協(xié)議的PCA82C250和SJA1000芯片傳遞數(shù)據(jù)，能使系統(tǒng)通訊快速、有效和可靠。SJA1000與PCA82C250之間通過(guò)光電耦合器6N137相連，能夠?qū)崿F(xiàn)總線上結(jié)點(diǎn)間的電氣隔離；外部輸入信號(hào)采樣電路為兩個(gè)8位分辨率的A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832，其最高分辨率可達(dá)到256級(jí)，適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。溫度傳感器采用MTS-102，通過(guò)差分放大器放大，使其靈敏度為1°C /20mv，差分放大器工作電源為5V，其輸出最大值為3.6V，因此，溫度傳感器的測(cè)量范圍為_(kāi)40°C?60°C，能滿足駕駛艙調(diào)溫的使用需要。
[0025]主PID溫度控制器和副PID溫度控制器還包括8位動(dòng)態(tài)數(shù)碼管和MAX7221芯片組成的溫度顯示器和用于掉電保護(hù)裝置的看門狗X5054芯片，8位動(dòng)態(tài)數(shù)碼管和MAX7221芯片與微處理器連接，看門狗X5054芯片與微處理器連接。
[0026]為了保證重要數(shù)據(jù)的安全，8位微處理器AT89C51還連接了 SRAM6264處理器作為它的擴(kuò)展，存放重要的參數(shù)，以防止復(fù)位時(shí)數(shù)據(jù)丟失，維護(hù)整個(gè)模塊的安全工作。
[0027]為了操作簡(jiǎn)便，主PID溫度控制器和副PID溫度控制器還包括與8位微處理器AT89C51連接的鍵盤，通過(guò)鍵盤可設(shè)置駕駛艙溫度的給定值。
[0028]將PID溫度控制器以串級(jí)控制的方式應(yīng)用于駕駛艙溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其控制回路如圖3所示。將電動(dòng)機(jī)構(gòu)置于副回路中，以利用副回路消除電動(dòng)機(jī)構(gòu)的電磁慣性和機(jī)械慣性對(duì)主回路的影響，從而提高了系統(tǒng)的整體性能。
[0029]以某型飛機(jī)為例，利用simulink對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，取得了較為理想的實(shí)驗(yàn)效果，當(dāng)駕駛艙溫度設(shè)定值為16°C時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。
[0030]PID控制器可通過(guò)積分作用消除誤差，通過(guò)微分控制縮小超調(diào)量，從而使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能同時(shí)得到提升，不僅克服了繼電式調(diào)溫系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能不能兼顧的固的弊端，而且還提高了系統(tǒng)的可靠性。通過(guò)PID串級(jí)控制，將加快系統(tǒng)的反應(yīng)速度，增強(qiáng)其實(shí)時(shí)性，而且系統(tǒng)的抗干擾能力、自適應(yīng)能力也得到提高，從而使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的通用性，適合在其它機(jī)種機(jī)型上推廣使用。
[0031]應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于PID串級(jí)控制的駕駛艙溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括用于檢測(cè)駕駛艙溫度的溫度傳感器，調(diào)溫控制器，功率放大電路和電動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述調(diào)溫控制器包括主PID溫度控制器和副PID溫度控制器，主PID溫度控制器的輸出端通過(guò)功率放大電路和電動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，副PID溫度控制器的輸入端連接溫度傳感器，副PID溫度控制器的輸出端和電動(dòng)機(jī)構(gòu)的電動(dòng)閥位置傳感器經(jīng)過(guò)差分電路與主PID溫度控制器的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駕駛艙溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述主PID溫度控制器和副PID溫度控制器的結(jié)構(gòu)相同，包括微處理器、對(duì)上位機(jī)的通訊電路、外部輸入信號(hào)采樣電路、用于控制電動(dòng)機(jī)構(gòu)的繼電器組和用于對(duì)控制器供電的電源；所述對(duì)上位機(jī)的通訊電路、外部輸入信號(hào)采樣電路和用于控制電動(dòng)機(jī)構(gòu)的繼電器組分別與微處理器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的駕駛艙溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述主PID溫度控制器和副PID溫度控制器還包括溫度顯示器，溫度顯示器與微處理器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的駕駛艙溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述主PID溫度控制器和副PID溫度控制器還包括掉電保護(hù)裝置，掉電保護(hù)裝置與微處理器連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的駕駛艙溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述微處理器為Atmel公司的8位微處理器AT89C51 ;所述對(duì)上位機(jī)的通訊電路包括獨(dú)立的CAN通訊控制器SJA1000、CAN總線收發(fā)器PCA82C250和高速光耦合器6N137，SJA1000通過(guò)光電耦合器6N137與PCA82C250連接；所述外部輸入信號(hào)采樣電路為兩個(gè)8位分辨率的A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的駕駛艙溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度顯示器包括8位動(dòng)態(tài)數(shù)碼管和MAX7221芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的駕駛艙溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述掉電保護(hù)裝置為看門狗X5054芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的駕駛艙溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述主PID溫度控制器和副PID溫度控制器還包括與8位微處理器AT89C51連接的鍵盤，通過(guò)鍵盤可設(shè)置駕駛艙溫度的給定值。
【文檔編號(hào)】B64D13/06GK203528824SQ201320626077
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】周坦勝, 董建軍, 楊海濤, 姜霖, 劉會(huì)明, 宋宗權(quán) 申請(qǐng)人:周坦勝