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  .   引言

  .   空調系統向新能源發展、減少電能消耗已經是必然的趨勢。目前，在世界范圍內，對太陽能驅動的噴射式制冷、吸收式制冷及吸附式制冷的研究和應用，已受到普遍重視并取得一定的效果。在早期的研究中，吸收式制冷系統是眾多研究人員關注的焦點。但是，其設計和運行維護比較復雜，且運行一段時間后，工質的化學穩定性下降、系統難以保持高真空等問題會導致系統效率下降。同時，吸收式制冷的初期投資較大，也是其進一步發展的障礙。因此，近年來，噴射式制冷受到了較多的關注[1]。

  .   但是如果直接利用太陽能做熱源來加熱，易受天氣影響，難以保證實驗過程的穩定進行。因此，目前進行的實驗多以電能直接做熱源來進行的。為了保證實驗的精度，必須對水溫進行準確的控制。PID控制器就是一種可以進行方便、精確控溫的控制方式。但此種方法的缺點是需要另外購置PID控制器，且不便于遠程的電腦控制。為此，筆者針對太陽能噴射制冷實驗系統，在labVIEW平臺上開發了一套測控系統。LabVIEW 是美國National Instrument 公司推出的應用于測控領域的圖形化編程軟件。本文主要介紹了一種利用LabVIEW的公式節點實現的PID 控制技術和使用其簡便的數據采集方式建立的測控系統。

  .   2. 工作原理

PID控制原理

  .   PID控制是從比例、積分和微分三個環節來實現對系統控制的。常規PID控制系統原理框圖如圖1 所示。PID控制是一種線性控制方式,它根據給定值r（t）與實際輸出值c（t）構成控制偏差:

e（t）=r（t）-c（t） （1）

對偏差進行比例（P）、積分（I）、微分（D）計算后通過線性組合構成控制量,作用于被控對象,其控制規律為：

表示為傳遞函數的形式為：

其中kp — 比例系數

Ti — 積分時間常數

Td — 微分時間常數

  .   比例環節成比例的反映控制系統的偏差信號,一旦產生偏差,控制器就產生控制作用,來減少偏差。積分環節主要用于消除靜態誤差, 提高系統的無差度。積分作用的強弱取決于時間常數Ti, Ti越小,積分作用越強。微分環節反映偏差信號的變化趨勢,在系統中引入一個有效的提前修正信號,來加快系統的動作速度,縮短調節時間。

  .   LabVIEW中實現PID控制

  .   LabVIEW提供了PID工具包（PID Toolkit），用以實現對控制對象的PID控制。本文則介紹了一種新的通過公式節點（formula node）實現PID控制的簡單方法。公式節點的程序如圖1所示。其中Tset為設定的溫度值，input為實際溫度值，unew為輸出的控制調壓模塊的電壓值。P值、I值和D值分別通過前面板設定。為了防止在系統啟動過程中造成PID運算的積分積累，致使算得的控制量超過電加熱的最大動作范圍，引起系統超調，本系統采用了積分分離PID控制方法。e為設定的閾值，當enew大于e值時，起作用的僅是PD控制，可避免過大的超調，又使系統有較快的響應。當enew小于等于e值時，即偏差較小時，采用PID控制，可保證系統的控制精度。通過公式節點內的簡短運算，將結果unew以電壓信號的形式輸出至調壓模塊，通過它控制電加熱的功率大小。

 
圖1. 公式節點程序

 
圖2 系統整體框圖

  .   系統原理

  .   整個系統包括6個HT100型壓力傳感器、8個Pt100溫度傳感器和USB2000A共同完成數據采集功能。USB接口、PC和LabVIEW共同構成了數據接收和顯示單元。控制功能則由調壓模塊TY-H380D來完成。系統框如圖2所示。