Estabilización de la temperatura con PWM , controlador PID con sistema de retardo

Question

Estoy haciendo un proyecto para controlar la temperatura con PWM. Utilizo peltier, termistor, mcu y h-bridge mosfet.

Quiero alcanzar una temperatura con un error inferior a 0,05 y permanecer en esa temperatura sin mucha (como máximo 0,05 C) oscilación. Mi primer objetivo es alcanzar esa temperatura en temperatura ambiente (sin otros efectos que la temperatura ambiente). Consideremos el mecanismo de enfriamiento, en temperatura ambiente, por ejemplo 14'C requiere .285 PWM (de 1) ,13'C requiere .330PWM, y 20'C requiere .180PWM. No hay linealidad entre ellos, y también el cambio de PWM no proporciona un cambio de corriente lineal, por ejemplo: 1.0 PWM proporciona 2.15A, 0.5PWM proporciona 0.6A, y 0.2 PWM proporciona 0.16A a través del peltier en temperatura ambiente. Mi primer algoritmo de enfriamiento:Inicialmente constante=0 Mantener PWM 1.0 hasta que la temperatura se acerque a la temperatura establecida (t_set) por 2, luego bajar el PWM con, PWM=constante+ (temperatura-t_set)/2, después de que la temperatura se establece a una constante de temperatura=PWM, y luego PWM=constante+ (temperatura-t_set)/5 y así sucesivamente. Y el sistema alcanza la temperatura constante después de 10-15 segundos después de cambiar el PWM, cuando el cambio de PWM >0.1

Primera pregunta: ¿Cómo puede la UCM aprender el valor de PWM que mantiene la temperatura constante? (por ejemplo: 13'C requiere .330PWM)

Segunda pregunta: ¿Es posible utilizar el algoritmo PID para estabilizar el valor del PWM a la temperatura establecida sin conocer las constantes de la primera pregunta?

Tercera pregunta: Si encuentro una buena manera de que el mcu aprenda los valores PWM para mantener la temperatura constante en diferentes ambientes, y si uso buenos coeficientes PID, ¿los coeficientes PWM funcionan para cualquier ambiente, o son los coeficientes PWM específicos para el ambiente, es decir, el medio del disipador de calor y las diferentes temperaturas.

Gracias de antemano.

-Después de 6 horas, de las respuestas

P1- Aprender ese coeficiente (creo) requiere algún algoritmo cuando no hay PID.

P2-Sí, con buenos coeficientes PID se estabiliza perfectamente, el término de error será 0 y el único término integrador mantiene el sistema estable, en un entorno sin ruido.

Q3- Si se utilizan buenos coeficientes PID y con una conjetura educada (??) se puede lograr algún nivel de estabilización.

Para conseguir buenos resultados en diferentes entornos (creo) es necesario desarrollar un PID de autoajuste. Mis criterios de diseño son mantener el error de temperatura al mínimo y mantener el tiempo de estabilización bajo (si es posible).

Del resultado si es apropiado preguntar aquí mi cuarta pregunta es Q4: Que métodos me sugieren para encontrar los coeficientes Ki, Kp y Kd en diferentes entornos (auto sintonía de los coeficientes PID cuando la mcu arranca o se reinicia).

Answer 1

P1: El controlador encontrará el valor PWM para mantener la temperatura en el punto de consigna si el PID está razonablemente bien sintonizado. Si no está bien ajustado, puede oscilar en torno al punto de consigna o ser muy lento en la aproximación al punto de consigna, y también lento para responder a los cambios de la demanda (como un cambio en la temperatura ambiente).

P2: Sí, si se hacen conjeturas sobre los valores es posible conseguir un control estable con uno o dos intentos. O utilizar un algoritmo de autoajuste. Y/o un método manual como Ziegler-Nichols.

P3: Funcionarán razonablemente bien para un cierto rango en el que las cosas se mantienen más o menos lineales. Si triplicas el vataje del Peltier, por ejemplo, probablemente obtendrás un gran rebasamiento. En la mayoría de las aplicaciones (no en todas) los parámetros de ajuste son números fijos para un rango determinado de puntos de ajuste (quizás todos los puntos de ajuste válidos).

No siempre es posible obtener el control que se necesita con un solo bucle de control, a veces se requieren bucles anidados. He conseguido el control hasta el \$\mu K/\sqrt {Hz}\$ nivel, pero no es fácil. Su 0,05°C puede ser difícil o no tan malo, dependiendo de cómo sea el sistema.