感谢马老师对电子小生的关怀

dengxihua

马老师好：

上次我的疑惑:

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dengxihua 邓细华：

   “用ATmega8的pwm输出控制220v～50Hz交流，怎么实现精确控制？用moc3063光耦，



BTA16的可控硅”，这可是个研究生级的论文题目了。“精确控制”要达到什么要求？  

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是这样的，我需要控制一个电窑炉内的温度（实验），要让炉内的温度按我设定的曲线变



化，其中我需要在时间上把我的控制输出量分布尽可能均匀，即加热时不要出现“涌浪”



，我想利用ATMEGE8具有的PWM功能来实现。

我设计制作的控制板如下：



点击打开大图





另外，现在我只是一个大三的本科生，从小就玩电子，曾在2003年全国大学生电子设计竞



赛中获得全国二等奖，两次省电子设计竞赛一等奖。在大学期间我每学期都会做一些项目



，我爱自动化专业！

greatsnows

厉害，向你学习

bany

传感器和控制环境的热惰性决定了你的算法和实际控制精度。其实加热的粒度可以用秒来衡量。



至于你说的用PWM，在这里似乎有问题。

首先你的供电可能是50HZ的交流，那么，对于PWM来说这个频率太低了，而执行单元又是不能自主关断的SCR，所以，需要和50HZ同步送触发脉冲，不然会有差频或者干脆就无法控制。因为可控硅的反应时间制约这些。



市面上有一种用MOS的固态继电器，你可以采用。可以用数百HZ的频率控制，或可满足你应用。



在算法上，要注意惯性大的控制系统通常都会遇到积分饱和问题。并且微分会恶化系统控制精度。



建议在误差比较大的时候采取模糊控制，当误差小于一定值时，采取防饱和的PID算法。其中PID值最好是自适应的，否则，原始数据统计和积累的时间会让你无法忍受（用月来计算）。



如果是兴趣，建议多尝试不同的控制方法，比如专家系统、自动寻优等等。

machao

我只能提供2个建议：



    可能要注意考虑可控硅开/关的时刻，最好在交流电过另点的时刻。如果光耦是过另点的，那么你的控制信号和真正的动作之间有时间差。



    整个系统的控制应该从基本的PID控制开始，学习参考PID控制的原理和思想。

dengxihua

我是用PID控制的原理，我就是学自动化专业的。

现在就是我的输出需要做一些处理才能达到理想的效果。

bany

我觉得你的执行单元要先保证正常，严格按照你的设计思想工作，才能调整算法。

dengxihua

由于单片机的PWM输出在控制直流时优势明显，但我现在控制对象是交流，它（交流电）是周期变化的，而且光耦与可控硅是过零触发过零关断的，即可控硅导通的时间是10mS的整数倍（50Hz交流），故我控制量输出即使是连续的（步进很小）也会被分级（10mS为一等份）。正因为如此，我PWM输出的周期不能太短，我取2s,这样问题就来了，当输出量为20％时，它会按0.4s开1.6s关循环输出，这样我炉内的温度变化就会有“波浪”，这“波浪”对我的热电偶的采样影响较大。我现在就是想让这波浪小一点，要小到对采样影响小又不影响控制量输出的精度，不然，我的PID控制就没有优势了。

machao

控制量输出最小间隔定在13ms为好，PWM输出的周期短一些试试，比如1秒左右。

bany

有MOS型的固态继电器你可以去找找看。或者整流后用PWM+MOSFET。这样只要一个全桥一个MOS，而负载依然是交流的。

又或者你可以采样50HZ的同步信号。



不要试图回避交流，技术上，你避无可避。

dengxihua

马老师好：

我想问，为什么定在13mS为好呢？我认为10mS会好一些，因为10mS以上时会触发一个完整交流电周期。另外，缩短PWM周期可能会使输出精度不够。



我目前是做实验，用的是可控硅，当实验通过后要用固态继电器的，因为我的负载会是几千瓦到几十千瓦，根据不同大小的窑炉而定。我不是试图回避交流，而是在寻找控制交流的最优方法。

machao

因为13ms可以保证可控硅的开与关跨过了一个过另点（最大为2个）。对可控硅的保护好一些。

   PWM周期要根据实际情况确定，你的负载是几千瓦到几十千瓦，变成温度也是不同的（不是成比例的），也在变化，肯定你控制的系统参数是不一样的（控制思想一样）。这种情况要现场调试，确定参数的。它不是简单的“0”“1”点控制，是一个闭环系统。所以我说是研究生级的题目。

dengxihua

马老师好：

我现在的方案是：把输出量在时间上分成十份，前九份均等，最后一份不确定，由输出量确定。分配方法：把输出量除以9（输出量最大为100），所得商给前九份的每一份，余数给最后一份。

这样在理论上可以把输出比分配前在时间上分布均匀，可以把一个“大浪”分成十个“小浪”。

这方案我还没有试验，不知效果如何。

bany

交流电是50HZ，而控制的PWM至少是K级的吧？可控硅只能可控导通，所以你的PWM控制的再精细也没有实际意义，又或者你跟50HZ同步才可以。否则，即便是你把它分成再多份，也依然会有差频产生“波浪”。



另，大系统的热惰性是很大的，你这里几个周波通还是短的差都被系统给“滤”掉了。最求PWM的分辨率的意义在于，如果你可以和市电同步的控制可控硅的触发角，那么才成。



负载如果是KW级的水平，那么我前边说的非过零型的MOS故态继电器有可能没有满足要求的型号，你的选择不多了。估计也就是封到一起的可控硅。还是存在触发角问题。



你的实验环境尽量要和目标环境一致，至少也在特性上接近。温控系统不是说你在小环境上调好了，到大环境上就可以用了。甚至恰恰相反，有可能 你在小环境上的控制策略在大环境上完全无效都有可能。



小与大是有矛盾的。



马老师说的很对，这个课题对本科生而言确实太难了。



另建议你找个可控硅受控整流的书看一看。



如果是十几KW的功率，只能用三相电。



最后，山东有个厂家是做可控硅模块的。他们可以根据给定电压来调整触发脉冲的相位。简单说，就是你给个模拟信号，他能把模拟信号转换成移项信号送到可控硅那里。同步问题不用你处理了。山东滋博的吧，我望了。叫江莱模块的。



如果是开环触发，则输出功率是非线性变化的。但是MCU补偿起来也不费力。



在来客兄弟飞起来之前，有很多人论证比重大于空气的机器不可能飞起来。我想如果我出生在哪个年代，我将会是他们中的一员。

dengxihua

多谢马老师与bany的指点！

等我的好消息！