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    3. 低溫恒溫槽  DC-0506 上海衡平儀器儀表廠   
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      基于自抗擾的低溫恒溫槽黑體溫控系統研究

      [導讀]上海衡平儀器儀表有限公司黑體輻射源作為紅外測溫儀及光電高溫計等非接觸測溫的標準源,它本身溫度的高精度自動化控制是保證和實現輻射測溫溯源的關鍵技術之一。在標定和校準的過程中黑體的溫度是一個非常重要的監測和控制參數,過高或過低都會影響到量值溯源和傳遞,在實際中嚴格要求作為標準源的黑體空腔溫度維持在額定值(即給定值)的附近。

      根據市場的要求,上海衡平儀器儀表有限公司設計一套溫度控制系統分別控制兩個開口徑不同的黑體空腔,并要求小開口徑(35mm)的控溫范圍從0~50℃,控溫波動為±0.05℃,控溫方式選擇半導體制冷恒溫槽。大開口徑(80mm)的黑體空腔采用常規加熱膜控溫,控溫范圍從30~80℃,控溫波動為±0.02℃,F在基于常規加熱膜控溫技術的黑體輻射源已經比較成熟,本文重點介紹低溫恒溫槽黑體的溫控系統。由于實驗系統環境較為開放,容易受到外界各種因素干擾,導致控制對象的數學模型很難精確建立,而且該恒溫槽黑體溫控系統仍然具有熱工處理常伴隨的慣性、滯后以及非線性的復雜過程,若采用當前工業生產中常用的PID控制器,則在系統控制精度和抗干擾能力方面難以取得令人滿意的控制效果。針對以上問題,本文在充分分析恒溫槽黑體的工作原理和高精度控制的基礎上,將自抗擾控制(ADRC)算法應用在恒溫槽黑體的溫度控制系統中進行了研究。首先,本文介紹了半導體制冷恒溫槽黑體輻射源的工作原理和用途,并根據半導體制冷器的工作原理對整個恒溫槽黑體溫控系統建立數學模型;其次,介紹自抗擾控制策略的基本理論及特點,然后利用MATLAB/Simulink軟件平臺實現了它在恒溫槽黑體溫控系統中的仿真,并與傳統的PID算法進行比較,仿真結果表明ADRC控制算法具有響應快、精度高以及良好的設定值跟蹤能力,它的控溫品質優于常規PID控制算法;最后,設計并搭建本文溫度控制系統硬件實驗平臺,同時利用LabVIEW軟件開發了上位機控制算法的程序,圖形化編寫實現了數字離散化ADRC控制算法;贜I公司的Compact RIO實時控制器為硬件基礎,通過LabVIEW軟件實現了ADRC控制算法在恒溫槽黑體溫度控制中的應用。設置目標溫度值運行本溫度控制系統直至穩定之后,當設置恒溫槽黑體的控溫目標溫度低于環境溫度時,恒溫槽黑體空腔由溫度傳感器測得的溫度與目標溫度值誤差不超過±0.02℃/30 min,當需要控溫的目標高于環境溫度時,上海衡平儀器儀表有限公司運行并穩定之后實測得的溫度與目標溫度值的誤差不超過±0.01℃/30min。

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