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          EEPW首頁 > 工控自動化 > 設計應用 > 基于模糊PID控制算法的恒溫石英晶體振蕩器

          基于模糊PID控制算法的恒溫石英晶體振蕩器

          作者: 時間:2011-04-12 來源:網(wǎng)絡 收藏

          摘要:為了提高的頻率穩(wěn)定度,除了選取高性能的諧振器外,對其采取方式是保證其穩(wěn)定震蕩的關鍵。本文給出了一種采用雙層槽及采用,外層加溫部分基礎加溫,內(nèi)層加溫部分實現(xiàn)精確加溫,從而提高的穩(wěn)定性和啟動性的設計方法。同時,在MATLAB環(huán)境下建立了數(shù)學模型,進行了仿真研究,結果表明采取控制控制結合的算法比單純采用控制算法溫度上升快,超調量小,也更加穩(wěn)定。
          關鍵詞:恒溫;諧振器;PID控制;算法

          0 引言
          恒溫晶體振蕩器是目前頻率穩(wěn)定度最高的晶體振蕩器,作為精密時頻信號源被廣泛應用在全球定位系統(tǒng)、通信、計量、頻譜及網(wǎng)絡分析儀等電子儀器中?,F(xiàn)代通信的迅速發(fā)展對恒溫晶體振蕩器的穩(wěn)定度提出了更高的要求。為了獲得較高的頻率穩(wěn)定度,必須采用高品質的諧振器以及良好的控溫系統(tǒng)實現(xiàn)恒溫控制。傳統(tǒng)的PID控制算法簡單、魯棒性好、可靠性高,并且可以消除穩(wěn)態(tài)誤差。而在實際中被控對象往往具有非線性、不確定性難以建立精確地數(shù)學模型,因此應用傳統(tǒng)的PID控制器難以達到理想的控制效果。鑒于模糊控制具有快速性的特點,同時還可以保持較小的超調量。文中將模糊控制與PID控制算法相結合,從而得到一種控制規(guī)則簡單,控制性能良好的控制方法。

          1 恒溫晶體振蕩器硬件原理
          由于晶體振蕩器的頻率溫度特性主要由石英諧振器的頻溫特性決定。因此在制作恒溫晶體振蕩器前,首先要選擇性能良好的高品質諧振器,不同切型的諧振器頻率溫度系數(shù)也不同,AT切諧振器的振蕩頻率與溫度的關系呈近似三次函數(shù)關系,具有零溫度系數(shù)點。因而把控制溫度設定在諧振器頻率溫度曲線拐點溫度處即可實現(xiàn)振蕩器輸出穩(wěn)定頻率的目的。由高品質的諧振器和穩(wěn)定的振蕩電路所組成的恒溫晶體振蕩器基本框圖如圖1所示。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/162185.htm

          a.JPG


          它的工作原理是:在外層加熱電路中,控制芯片根據(jù)片內(nèi)傳感器所測得的溫度對外槽內(nèi)控制加溫至接近石英諧振器拐點溫度處實現(xiàn)基礎加溫控制;內(nèi)層加熱電路中,控制芯片根據(jù)溫度傳感器所測得的溫度對內(nèi)槽控制加溫,使內(nèi)槽溫度穩(wěn)定在石英諧振器拐點溫度處從而實現(xiàn)精確加溫控制。內(nèi)槽在制作上選用導熱系數(shù)高的紫銅,提高內(nèi)槽的傳熱性能;外槽在制作上選用導熱系數(shù)較低的聚氨酯泡沫塑料灌注,使其和元器件粘在一起,不僅保溫性好而且有防震的功能。
          控溫部分采用單片機c8051f330來控溫,它主要通過軟件實現(xiàn),結合硬件電路,構成數(shù)字化精確控溫。這里主要介紹控溫算法的實現(xiàn)以及MATLAB仿真測試結果。

          2 PID控制器的控制原理
          PID控制器是一種線性控制器,其原理如圖2。

          b.JPG


          c.JPG
          式(1)中Kp為比例系數(shù);Ti為積分時間常數(shù);Td為微分時間常數(shù)。
          在PID控制過程中,首先根據(jù)被控對象的數(shù)學模型確定PID,然后再用偏差e作為輸入,計算出控制量,并驅動相應的執(zhí)行機構來減小誤差,直到被控對象穩(wěn)定在允許的范圍內(nèi)。


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