一种引入滤波的PID控制算法在温控系统的应用
2022年电子技术应用第6期
姚立平1，刘伟章2，吴文明1，姜杨阳1，雷 鹏1，谭仲威1，王康宁1，李桂香1， 徐 飞1，唐元梁1，吴新社1，黄德群1，陈 军1，顾 珩1
1.广东省科学院健康医学研究所，广东 广州510500；2.华南农业大学 数学与信息学院，广东 广州510642
摘要： 为了使得温控系统响应更加稳定，在PID控制算法中引入了三阶离散滤波器对输入信号进行滤波，去除了抖动噪声，输出更为平稳的响应结果；此外，设计了一种基于STM32微控制器为控制核心的温度调控系统，由铂电阻Pt1000和MAX31865构成温度采集模块，由半导体制冷器TEC和H桥逻辑器构成温度调节模块，上位机软件与下位机系统使用USB串口通信，将接收的实时的温度数据进行引入滤波的PID调节，将调节输出值发送给下位机软件实现一次闭环的温度调节控制。实验结果表明，引入滤波器的PID控温度制方法要优于结合Bang-Bang的PID、引入微分先行PID、步进式PID、变积分PID，提高了抗干扰的能力，在工程温度控制方面具有一定的实用价值和应用价值。
中图分类号： TP29；TF325.64
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211847
中文引用格式： 姚立平，刘伟章，吴文明，等. 一种引入滤波的PID控制算法在温控系统的应用[J].电子技术应用，2022，48(6)：79-83.
英文引用格式： Yao Liping，Liu Weizhang，Wu Wenming，et al. Application of PID algorithm by using filter in temperature control system[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(6)：79-83.
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211847
中文引用格式： 姚立平，刘伟章，吴文明，等. 一种引入滤波的PID控制算法在温控系统的应用[J].电子技术应用，2022，48(6)：79-83.
英文引用格式： Yao Liping，Liu Weizhang，Wu Wenming，et al. Application of PID algorithm by using filter in temperature control system[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(6)：79-83.
Application of PID algorithm by using filter in temperature control system
Yao Liping1，Liu Weizhang2，Wu Wenming1，Jiang Yangyang1，Lei Peng1，Tan Zhongwei1，Wang Kangning1， Li Guixiang1，Xu Fei1，Tang Yuanliang1，Wu Xinshe1，Huang Dequn1，Chen Jun1，Gu Heng1
1.Institute of Medicine and Health，Guangdong Academy of Sciences，Guangzhou 510500，China； 2.College of Mathematics and Informatics，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China
Abstract： In order to make the response of the temperature control system more stable, the third-order discrete filter is introduced in PID control algorithm to filter the input signal, which eliminates the jitter noise and makes the outputs more steady. Besides, a temperature control system based on STM32 micro-controller is designed. The temperature acquisition module is composed of platinum resistance Pt1000 and MAX31865, and the temperature regulation module includes semiconductor cooler TEC and H-bridge logic. The computer software communicates with the cotrol system through USB serial port. The received real-time temperature data is used in PID control algorithm by introducing filter, and the output value is afterwards sent to the computer software to realize a closed-loop temperature control process. The experimental results show that the PID algorithm with filter outperforms PID combined with Bang Bang, differential first PID, step PID and variable integral PID, which improves the ability of anti-interference and has the practical value and application value in engineering temperature control.
Key words : temperature control system；PID control；third-order discrete filter；semiconductor cooler TEC
0 引言
随着科学技术的进步及工业的发展，温度测控技术占有很大的促进作用[1]。由于温控系统具有时变性、非线性及纯滞后性等特点，因此精确的数学模型无法建立，PID控制算法因为其控制原理简单、稳定性好、调整方便、容易实现等优点，越来越多在工业控制领域应用[2-3]。由于采集的实时系统温度携带着干扰噪声，因此本文引入了三阶离散滤波器对输入信号进行滤波，提高了PID控制方法的抗干扰能力；同时，设计了一款以STM32为控制核心的闭环温度控制系统。使用四线制的铂电阻Pt1000和MAX31865的温度采集电路；使用半导体制冷器TEC和H桥驱动器构成温度升降调节模块，采集的实时温度使用USB串口通信传输到上位机PC端，上位机软件依据当前的实时温度与设定的温度使用引入滤波的PID调节，将PID输出值反馈到下位机系统中，同时上位机软件具有实时的温度曲线、调节的功率曲线以及温度梯度曲线显示，下位机具备液晶屏显示、声光指示及按键存储等功能。
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作者信息：
姚立平1，刘伟章2，吴文明1，姜杨阳1，雷 鹏1，谭仲威1，王康宁1，李桂香1，
徐 飞1，唐元梁1，吴新社1，黄德群1，陈 军1，顾 珩1
(1.广东省科学院健康医学研究所，广东 广州510500；2.华南农业大学 数学与信息学院，广东 广州510642)
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