controlador de temperatura digital pid 12V DC

1. Controlador de temperatura PID 

Este artigo se concentra na versão de 12V DC, que é adequada para uma ampla gama de aplicações portáteis.

2. Entendendo o controle PID

O algoritmo PID está no centro do controlador de temperatura PID de 12 V CC. É' é um modelo matemático que minimiza a diferença entre o ponto de ajuste desejado (ou alvo) e a variável real. PID significa proporcional, integral e derivado, que são três termos interconectados, mas distintos, que compõem a lei de controle. Compreender esses três componentes ajudará você a entender o controlador PID e#39; s eficácia em tarefas de controle de temperatura.

Controle (P) por Proporcional: Este termo produz um sinal de saída diretamente proporcional ao erro. A diferença entre a temperatura do ponto de ajuste desejada e a temperatura realmente medida é chamada de temperatura atual. Um erro maior resulta em um sinal de controle mais forte. O controle P fornece uma resposta imediata, mas deixa para trás um erro de estado estacionário. Isso significa que a temperatura pode não atingir o ponto de ajuste desejado e pode se desviar. Esta resposta é determinada pelo ' ganhos proporcionais' (Kp). Um Kp mais alto resultará em uma reação mais rápida, mas também em mais oscilação.

Controle Integral (I): Este termo é usado para abordar o erro no estado estacionário inerente ao controle P. O termo integral calcula a soma ao longo do tempo de todos os erros passados e produz uma saída que corrige continuamente essa discrepância. Se o erro persistir, ele aumentará o termo integral, o que, por sua vez, altera a saída do controlador até que o problema seja corrigido. O enrolamento integral pode causar um atraso na saída de controle, fazendo com que o controlador reaja exageradamente.

3. Componentes para um controlador de temperatura PID 12V DC

Cada componente desempenha um papel crucial durante as fases de medição, processamento e controle de temperatura. Compreender esses componentes é crucial para o projeto, bem como para a solução de problemas.

Os tipos mais comuns de sensores usados em controladores PID que funcionam em 12V DC incluem:

Termopares Eles são robustos, têm uma ampla faixa de temperatura e custo relativamente baixo, embora sofram com tempos de resposta lentos, saída não linear e uma taxa mais lenta de transferência de calor. Os tipos K, T e J são comumente usados.

Detectores de temperatura de resistência: fornecem maior precisão e mais estabilidade em uma faixa de temperatura menor do que os termopares. A saída é linear, o que simplifica o processamento do sinal. Os RTDs mais comuns são platina (Pt100 e Pt1000).

Termistores Oferecem excelente sensibilidade, tempo de resposta rápido e são adequados para aplicações que requerem detecção rápida de temperatura. Exemplos incluem sistemas de refrigeração, dispositivos eletrônicos ou outras situações semelhantes. Sua faixa de temperatura, no entanto, é geralmente mais restrita do que a de termopares e RTDs. O sensor então converte essa mudança de temperatura física em um sinal elétrico, como uma mudança de tensão ou resistência, antes de transmiti-la ao controlador.

Unidade de controle: O cérebro do dispositivo, processa a entrada de sinal do sensor para gerar o sinal de saída para o atuador. Os sistemas modernos geralmente usam um circuito integrado PID ou um microcontrolador. O controlador compara a leitura do sensor (variável de processo) com a temperatura do ponto de ajuste. O controlador determina ações corretivas com base na comparação, nos termos PID calculados e nos valores I e D. Os microcontroladores são flexíveis, programáveis e podem incorporar recursos extras, como interfaces de comunicação ou interfaces de usuário. Os circuitos integrados PID são uma solução mais simples e eficiente. Eles;#39; re projetado para implementar o algoritmo PID.

Fonte de alimentação: 12V DC especifica a tensão necessária para o controlador e outros componentes possíveis, como o circuito de condicionamento de sinal do sensor ou a interface do usuário. Para um desempenho consistente, uma fonte estável de 12 V CC deve ser usada. Dependendo do custo e da eficiência, a fonte de alimentação comutada ou os reguladores lineares podem ser escolhidos. As fontes de alimentação convertem as tensões de entrada (de um adaptador de parede ou bateria, por exemplo) em 12 V CC exigidas pelos controladores.

Saída de atuadores: Esses componentes implementam ações de controle determinadas pelo controlador. Eles podem remover ou adicionar calor ao sistema (ou fazer as duas coisas), para aproximar a temperatura do ponto de ajuste. Os seguintes atuadores são comumente usados em sistemas que operam em 12V DC:

4. Funciona

Um controlador de temperatura de 12 V CC usa um ciclo que inclui medição, comparações, cálculos e ações. Isso é chamado de sistema de controle de circuito fechado. A natureza dinâmica desse processo permite que a temperatura siga de perto o ponto de ajuste, mesmo quando as condições mudam ou as cargas são perturbadas. Este ciclo é essencial para entender o controlador.

Medição de Temperatura: Este processo começa com o sensor que está instalado no sistema ou ambiente cuja temperatura deve ser controlada. O sensor converte continuamente a quantidade física (por exemplo, mudança de tensão ou resistência) em um sinal elétrico. O sinal pode ser condicionado (por exemplo, amplificado ou linearizado), antes de ser enviado para a unidade de controle.

Aquisição de Sinais e Comparação: Após o recebimento do sensor' s, o controlador (normalmente um PID IC ou microcontrolador) converte o sinal em um valor digital ou analógico processado que representa a temperatura atual. A unidade controladora compara a temperatura medida (a variável de processo, ou PV), com a temperatura do ponto de ajuste que foi definida pelo usuário. erro é calculado dividindo SP por PV. O algoritmo PID é acionado por esse erro.

Execução do algoritmo PID: Quando o controlador calcula a saída de controle (u) usando o sinal de erro E, ele aplica os algoritmos PID. O cálculo leva em consideração o erro atual (Proporcional), o histórico de erros no passado (Integral) e a taxa de variação (Derivada) simultaneamente. Essa fórmula matemática normalmente se parece com algo como:

Saída (u) = Kp * E + Ki * E dt + Kd * dE/dt

Estes são Ganhos Proporcionais, Ganhos Integrais e Ganhos Derivados. Esses ganhos têm um impacto significativo no comportamento do controlador. Esses cálculos são realizados pelo controlador' software ou hardware com base em ganhos programados e valores de erro atuais.

Geração do sinal de saída: Após o resultado dos cálculos PID (o controle de saída u), o sinal é traduzido para um formato que pode ser usado pelo atuador. O sinal de saída representa normalmente o nível de esforço de resfriamento ou aquecimento desejado. Um sinal de saída mais alto pode, por exemplo, corresponder a uma maior potência enviada ao elemento de aquecimento ou a velocidades mais altas de um ventilador de resfriamento.

Controle do atuador: Um controlador transmite um sinal de saída (por exemplo, por meio de pinos digitais, tensão analógica ou sinais PWM) para o atuador. Este sinal é recebido pelo atuador, que então executa todas as ações físicas necessárias. O atuador aumenta o aquecimento ou diminui o resfriamento se a temperatura medida for inferior ao ponto de ajuste. O atuador diminui o aquecimento ou aumenta o resfriamento se a temperatura medida for superior ao ponto de ajuste. O atuador só pode tomar medidas mínimas se a temperatura estiver próxima do ponto de ajuste.

Fechamento do loop e feedback: Através do sensor de temperatura, o controlador monitora continuamente a saída do atuador, bem como seu impacto na temperatura do sistema. O loop de feedback permite uma resposta dinâmica do sistema. O erro muda se ocorrerem distúrbios (por exemplo, uma mudança na carga ou uma queda na temperatura causada pela abertura de uma porta). Isso acionará um cálculo usando o algoritmo PID no ciclo seguinte. A sequência contínua de medição, comparação e cálculo é usada para garantir que a temperatura do ponto de ajuste permaneça o mais próximo possível. Isso mostra o controle de malha fechada.

Os controladores de temperatura PID são capazes de fornecer regulação de temperatura altamente precisa e confiável, adaptando a dinâmica dinâmica do sistema dinâmico.

5. Projeto e construção

Um controlador de temperatura de 12 V CC projetado para ser robusto e confiável depende não apenas de uma sólida compreensão da teoria de controle, mas também do design. Nesta fase, os requisitos são traduzidos em um sistema eletrônico confiável, eficiente e aderente aos padrões de segurança.

Esquemas e projeto de circuitos: Crie esquemas detalhados que mostrem a conexão entre os componentes. A fonte de alimentação (projetando um estágio regulador de 12 V CC) é seguida pela interface do sensor (considerando condições de sinal como amplificação e linearização para termopares), lógica PID central (usando um IC ou microcontrolador dedicado) e driver de saída (usando transistores ou relés de estado sólido para comutar uma carga de 12 V). Este projeto deve garantir que o sinal seja processado com precisão, lá;#39; s energia adequada fornecida e protege contra picos de tensão ou fiação errada.

Seleção de componentes: Selecionar os componentes corretos é crucial para desempenho e durabilidade. Os critérios de seleção são: