[科普中國(guó)]-老化測(cè)試箱

老化測(cè)試箱用來(lái)試驗(yàn)電線(xiàn)、電纜、絕緣體或被覆之橡膠試片，以比較試片老化前與老化后之抗拉強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率。

簡(jiǎn)介在現(xiàn)代電子測(cè)試中，老化測(cè)試箱被廣泛應(yīng)用，溫度控制對(duì)電子設(shè)備的測(cè)試具有決定性影響，測(cè)試箱溫度控制系統(tǒng)具有大滯后、非線(xiàn)性、時(shí)變等特性。1

老化箱的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)老化箱的溫度控制系統(tǒng)是以微處理器為核心，采用PID控制，使得溫度可以控制在測(cè)試范圍當(dāng)中，加熱絲的加熱功率為2000W，溫控箱的溫度范圍為0～150℃，實(shí)用的電壓為市電交流220V。

整個(gè)系統(tǒng)由4個(gè)模塊組成，如圖所示，采用MUC控制，其內(nèi)部包括A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊、繼電器和輔助繼電器驅(qū)動(dòng)電路。老化測(cè)試箱內(nèi)部有用于溫度檢測(cè)的PT100，以及用于加熱的加熱絲。

由于老化箱一般可以看作帶有純滯后環(huán)節(jié)的一階對(duì)象，其傳遞函數(shù)可以用以下公式表示：

G（S）=KTS+1e－τS；

通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)溫度的飛升曲線(xiàn)，可以得到老化箱的傳遞函數(shù)的參數(shù)：放大系數(shù)K=120，時(shí)間常數(shù)T=1000，滯后時(shí)間τ=60s。1

PID控制由于PID控制算法具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。尤其當(dāng)微控制器應(yīng)用在控制領(lǐng)域后，PID控制算法使用起來(lái)更加方便，實(shí)現(xiàn)了軟件的數(shù)字PID控制算法。數(shù)字PID控制器比傳統(tǒng)模擬PID控制器的控制性能更好，廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中。它是將比例、積分、微分控制并聯(lián)在一起。假定在系統(tǒng)給定與反饋出現(xiàn)偏差：

e（t）= r（t）－ y（t） （3）

可以用如下表達(dá)式表示：

（4）

其中，u（t） 為控制器的輸出，Kp為比例系數(shù)，Ti為積分時(shí)間系數(shù)，Td為微分時(shí)間系數(shù)由式（3） 可以得到PID控制器的傳遞函數(shù)為：

由式（4） 可知：

（1） 比例環(huán)節(jié)： 其主要作用是放大誤差作用，當(dāng)給定和輸出出現(xiàn)偏差，控制器使偏差放大，比例系數(shù)越大，控制過(guò)程的過(guò)渡越快，但是過(guò)大的比例系數(shù)也會(huì)引起過(guò)高的超調(diào)量。

（2） 積分環(huán)節(jié)： 為了消除誤差，控制器必須引入積分環(huán)節(jié)，積分環(huán)節(jié)的引入，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大，它的輸出增大將進(jìn)一步減小穩(wěn)態(tài)誤差。

（3） 微分環(huán)節(jié)： 由于微分具備對(duì)誤差提前報(bào)告的作用，適當(dāng)?shù)奈⒎窒禂?shù)可以微分加快系統(tǒng)響應(yīng)過(guò)程。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李雪梅 - 副教授 - 西南大學(xué)