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利用SPICE设计TEC温度环路PID控制

来源:仪表网

2012/6/5 17:20:15 1394
  使用模拟比例积分微分(PID)控制器的温度控制是一种非常简单的电路,是确保热电冷却器(TEC)的设置点能够对温度或者激光进行调节的有效方法。比例积分项协同工作,地伺服TEC的电流,以维持控制器的温度设置点。与此同时,微分项对完成上述工作的速率进行调节,从而优化总体系统响应。如果可以对总体系统响应H(s)进行描述,则为其设计PID控制器G(s)的zui为方便和有效的方法是利用SPICE进行仿真。
  
  步骤1:确定SPICE模型的TEC/Temp传感器热阻抗。
  
  要想把SPICE作为PID环路设计的一种有效工具,获取温度环路的热响应非常重要,目的是获得PCBàTECà激光二极管à温度传感器接线的实际热敏电阻、电容和传输函数。记住,由于实际热特性会出现高达50%的变化,因此是向实际系统注入一个热步进输入,并对其进行测量,以获得*的SPICE仿真热模型。
  
  如果对热连接线进行描述,请使用“外环路、内环路”程序来确定G(s)模块中控制放大器的总体环路响应和稳定性。在所有情况下,都会使用一个非常大的电感来中断外环路和内环路,并通过一个大电容器和AC电源激励环路。
  
  步骤2:中断G(s)和H(s)之间的外环路
  
  外环路定义为围绕G(s)和H(s)模块的一条通路。使用图1进行模拟的目标是中断外环路,获得H(s)、G(s)和总环路增益,以验证热环路稳定性。这种情况下,图2显示相位降至零度以下,而环路增益变为0dB,其表明整个环路不稳定。因此,改变G(s)应加强PID控制,并增加温度环路的稳定性。
  
  图1仿真电路获得环路增益和相位
  
  图2图1的环路增益和相位曲线图
  
  图3中改进型G(s)模块包括PID组件。微分电路的角频由R7和C3设定;R3设置比例增益;C2和R6设置积分电路角频。
  
  图3补偿G(s)的仿真电路
  
  步骤3:中断G(s)“内环路”,确定本地放大器稳定性
  
  构建完整PID组件的zui后一步是中断内环路,检查本地放大器(OPA2314)的稳定性,从而确保其稳定性与总环路增益无关。在这种情况下,放大器要求使用一个50pF电容器(请参见图4),以维持本地环路的稳定运行。
  
  图4经过补偿的本地G(s)环路的zui终电路

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