Co to jest cyfrowy regulator temperatury?
Kontrola temperatury jest warunkiem wstępnym każdej reakcji chemicznej, którą ludzie są zainteresowani. Temperatura wpływa na szybkość reakcji, a często na jej kompletność. Ciało ludzkie zawiera biologiczny system kontroli temperatury, aby utrzymać wąski zakres temperatury ciała. Procesy zaprojektowane do produkcji różnych materiałów wymagają również kontroli temperatury. Inżynier ma do wyboru analogowy i cyfrowy regulator temperatury.
Niektóre analogowe termostaty domowe składają się ze spiralnej taśmy miedzianej. Gdy pasek rozszerza się wraz z ciepłem, spirala rozszerza się, poruszając mechaniczną dźwignią. Piec lub klimatyzator odpowiednio reaguje. Kontrolery analogowe reagują tylko na bieżące środowisko.
Mikroprocesor w cyfrowym regulatorze temperatury odbiera numeryczne dane wejściowe ze środowiska i manipuluje nimi, aby umożliwić większy stopień kontroli. Jeśli system szybko się nagrzeje, system analogowy zareaguje tylko wtedy, gdy regulator osiągnie żądaną temperaturę, zwaną wartością zadaną (SP). Źródło ciepła może być wyłączone, ale system będzie przekraczał SP, ponieważ pochłania energię z ciepłych promieniujących powierzchni otaczających system. Cyfrowy regulator temperatury oblicza szybkość wzrostu temperatury i wyzwala reakcję urządzenia przed osiągnięciem SP. Administrator wykorzystał dane z przeszłości, aby przewidzieć i zmienić przyszłe wyniki.
Istnieje wiele algorytmów lub schematów obliczeniowych, które może wykorzystać cyfrowy regulator temperatury. Jednym z najczęstszych jest regulator proporcjonalny-całka-pochodna lub regulator PID. Wykorzystuje trzy oddzielne obliczenia, aby utrzymać stałą temperaturę.
Błąd (e) jest różnicą między temperaturą rzeczywistą (T) a temperaturą zadaną (SP). Obliczenie proporcjonalne zmienia strumień wejściowy na proces oparty na wielkości E. E równe 2 wymagałoby wprowadzenia energii dwa razy większej niż wartość E równa 1.
Kontrola proporcjonalna chroni system przed przekroczeniem SP, ale odpowiedź może być powolna. Zintegrowana metoda przewiduje, że przyszłe trendy danych utrzymają się. W powyższym przykładzie, jeśli T wzrośnie o E równe 2, a następnie E równe 4, system może oczekiwać, że następne E będzie wynosić 8, więc zamiast podwoić odpowiedź, może potroić odpowiedź i nie czekać na następne pomiary.
Proporcjonalny i zintegrowany kontroler (PI) może oscylować wokół SP, odbijając się od zbyt ciepłego i zbyt chłodnego. Metoda kontroli pochodnej tłumi oscylację. W obliczeniach stosuje się szybkość zmiany E.
Sterownik PID wykorzystuje średnią ważoną z trzech obliczeń, aby określić, jakie działanie należy podjąć w dowolnym momencie. Ten cyfrowy regulator temperatury jest najbardziej popularny i skuteczny, ponieważ wykorzystuje bieżące, historyczne i przewidywane dane. Inne schematy kontroli wymagają informacji o naturze systemu. Taka wiedza zwiększa zdolność kontrolera do przewidywania przyszłej reakcji systemu.