.   引言

  .   空調(diào)系統(tǒng)向新能源發(fā)展、減少電能消耗已經(jīng)是必然的趨勢。目前，在世界范圍內(nèi)，對太陽能驅(qū)動的噴射式制冷、吸收式制冷及吸附式制冷的研究和應(yīng)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(tǒng)是眾多研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)。但是，其設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)比較復(fù)雜，且運(yùn)行一段時(shí)間后，工質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性下降、系統(tǒng)難以保持高真空等問題會導(dǎo)致系統(tǒng)效率下降。同時(shí)，吸收式制冷的初期投資較大，也是其進(jìn)一步發(fā)展的障礙。因此，近年來，噴射式制冷受到了較多的關(guān)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(shí)驗(yàn)過程的穩(wěn)定進(jìn)行。因此，目前進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)多以電能直接做熱源來進(jìn)行的。為了保證實(shí)驗(yàn)的精度，必須對水溫進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。PID控制器就是一種可以進(jìn)行方便、精確控溫的控制方式。但此種方法的缺點(diǎn)是需要另外購置PID控制器，且不便于遠(yuǎn)程的電腦控制。為此，筆者針對太陽能噴射制冷實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在labVIEW平臺上開發(fā)了一套測控系統(tǒng)。LabVIEW 是美國National Instrument 公司推出的應(yīng)用于測控領(lǐng)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(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的PID 控制技術(shù)和使用其簡便的數(shù)據(jù)采集方式建立的測控系統(tǒng)。

  .   2. 工作原理

PID控制原理

  .   PID控制是從比例、積分和微分三個(gè)環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)控制的。常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖1 所示。PID控制是一種線性控制方式,它根據(jù)給定值r（t）與實(shí)際輸出值c（t）構(gòu)成控制偏差:

e（t）=r（t）-c（t） （1）

對偏差進(jìn)行比例（P）、積分（I）、微分（D）計(jì)算后通過線性組合構(gòu)成控制量,作用于被控對象,其控制規(guī)律為：

表示為傳遞函數(shù)的形式為：

其中kp — 比例系數(shù)

Ti — 積分時(shí)間常數(shù)

Td — 微分時(shí)間常數(shù)

  .   比例環(huán)節(jié)成比例的反映控制系統(tǒng)的偏差信號,一旦產(chǎn)生偏差,控制器就產(chǎn)生控制作用,來減少偏差。積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜態(tài)誤差, 提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于時(shí)間常數(shù)Ti, Ti越小,積分作用越強(qiáng)。微分環(huán)節(jié)反映偏差信號的變化趨勢,在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的提前修正信號,來加快系統(tǒng)的動作速度,縮短調(diào)節(jié)時(shí)間。

  .   LabVIEW中實(shí)現(xiàn)PID控制

  .   LabVIEW提供了PID工具包（PID Toolkit），用以實(shí)現(xiàn)對控制對象的PID控制。本文則介紹了一種新的通過公式節(jié)點(diǎn)（formula node）實(shí)現(xiàn)PID控制的簡單方法。公式節(jié)點(diǎn)的程序如圖1所示。其中Tset為設(shè)定的溫度值，input為實(shí)際溫度值，unew為輸出的控制調(diào)壓模塊的電壓值。P值、I值和D值分別通過前面板設(shè)定。為了防止在系統(tǒng)啟動過程中造成PID運(yùn)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(tǒng)超調(diào)，本系統(tǒng)采用了積分分離PID控制方法。e為設(shè)定的閾值，當(dāng)enew大于e值時(shí)，起作用的僅是PD控制，可避免過大的超調(diào)，又使系統(tǒng)有較快的響應(yīng)。當(dāng)enew小于等于e值時(shí)，即偏差較小時(shí)，采用PID控制，可保證系統(tǒng)的控制精度。通過公式節(jié)點(diǎn)內(nèi)的簡短運(yùn)算，將結(jié)果unew以電壓信號的形式輸出至調(diào)壓模塊，通過它控制電加熱的功率大小。

 
圖1. 公式節(jié)點(diǎn)程序

 
圖2 系統(tǒng)整體框圖

  .   系統(tǒng)原理

  .   整個(gè)系統(tǒng)包括6個(gè)HT100型壓力傳感器、8個(gè)Pt100溫度傳感器和USB2000A共同完成數(shù)據(jù)采集功能。USB接口、PC和LabVIEW共同構(gòu)成了數(shù)據(jù)接收和顯示單元。控制功能則由調(diào)壓模塊TY-H380D來完成。系統(tǒng)框如圖2所示。