壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來測量發(fā)動機(jī)內(nèi)部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業(yè)，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。

    然而當(dāng)外界溫度較大時，壓力傳感器受溫度影響精度不高，會產(chǎn)生零點(diǎn)漂移等問題，從而增大測量誤差。于是嘗試加工一個腔體，把壓力傳感器和溫度傳感器放置在里面形成一個小的封閉腔體，在外界溫度較高或較低的情況下，用加熱裝置先升溫到幾十度并維持這一溫度，給壓力傳感器做零點(diǎn)補(bǔ)償，提高壓力傳感器的測量精度。這樣就克服了在大溫度范圍難以補(bǔ)償?shù)膯栴}。本文對這個溫度控制系統(tǒng)提出了解決方案，采用了PID參數(shù)自整定控制，模糊控制屬于智能控制方法，它與PID控制結(jié)合，具有適應(yīng)溫控系統(tǒng)非線性、干擾多、時變等特點(diǎn)。

    1 硬件系統(tǒng)

    用放置在腔體內(nèi)的溫度傳感器測量恒溫箱內(nèi)的溫度，產(chǎn)生的信號經(jīng)過放大后輸出反饋信號，再用單片機(jī)進(jìn)行采樣，由液晶顯示恒溫箱內(nèi)的溫度，并通過溫度控制算法控制加熱裝置。所使用的單片機(jī)為STCl25408AD,自帶A/D轉(zhuǎn)換、EPROM功能，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶振20 MHz以下時，可省外部復(fù)位電路），ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

    2 系統(tǒng)的控制模型

    電加熱裝置是一個具有自平衡能力的對象，可用一階慣性環(huán)節(jié)描述溫控對象的數(shù)學(xué)模型。

    式中：K為對象的靜增益；t'為對象的時間常數(shù)。

    目前工程上常用的方法是對過程對象施加階躍輸入信號，測取過程對象的階躍響應(yīng)，然后由階躍響應(yīng)曲線確定過程的近似傳遞函數(shù)。具體用科恩-庫恩（cohen-coon）公式確定近似傳遞函數(shù)。

    cohn-coon公式如下：
   

    式中：△M為系統(tǒng)階躍輸入；△C為系統(tǒng)的輸出響應(yīng)；t0o.28為對象上升曲線為O.28△C時的時間（單位：min）；t0.632為對象上升曲線為O.632△C時的時間（單位：min）；從而求得K=O.96,t'=747 s.所以恒溫箱模型為：

    3 系統(tǒng)的控制模型仿真及實驗結(jié)果

    PID控制器（比例-積分-微分控制器），由比例單元 P、積分單元 I 和微分單元 D 組成。通過Kp, Ki和Kd三個參數(shù)的設(shè)定。PID控制器主要適用于基本線性和動態(tài)特性不隨時間變化的系統(tǒng)。

    PID 控制器是一個在工業(yè)控制應(yīng)用中常見的反饋回路部件。這個控制器把收集到的數(shù)據(jù)和一個參考值進(jìn)行比較，然后把這個差別用于計算新的輸入值，這個新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達(dá)到或者保持在參考值。和其他簡單的控制運(yùn)算不同，PID控制器可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差別的出現(xiàn)率來調(diào)整輸入值，這樣可以使系統(tǒng)更加準(zhǔn)確，更加穩(wěn)定�？梢酝ㄟ^數(shù)學(xué)的方法證明，在其他控制方法導(dǎo)致系統(tǒng)有穩(wěn)定誤差或過程反復(fù)的情況下，一個PID反饋回路卻可以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。

    純PID控制有較大超調(diào)量；而純模糊控制由于自身結(jié)構(gòu)的原因又不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，穩(wěn)態(tài)誤差較大。所以，考慮把它們兩者相結(jié)合，實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。本論文采用參數(shù)模糊自整PID控制。

　　使用該模糊控制器在Simulink中構(gòu)建整個控制系統(tǒng)，如圖2所示。

    溫度控制系統(tǒng)對應(yīng)仿真結(jié)果如圖3所示。從上面的仿真結(jié)果表明：調(diào)節(jié)時間ts約為460s,穩(wěn)態(tài)誤差ess=O,超調(diào)量σ%=O.雖然仿真環(huán)境不可能與實際情況完全相同，但它的結(jié)果還是具有指導(dǎo)意義的。

    在實際測試中前10 min每30 s采樣一次，后10 min每200 s采樣一次，測得實驗結(jié)果如表1所示。

    用Matlab軟件處理表1中的測試數(shù)據(jù)，繪制成變化趨勢圖，如圖4所示。

    圖4為80℃時系統(tǒng)測得的實驗結(jié)果，由實驗結(jié)果表明，在實際測量中仍然有較小的超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差，但是基本接近仿真結(jié)果，不能排除一些干擾因素。仿真畢竟是在理想的環(huán)境下進(jìn)行的。

    4 結(jié)語

    本文設(shè)計了一種用于壓力傳感器的溫度控制系統(tǒng)，針對壓力傳感器在高溫下易產(chǎn)生零點(diǎn)漂移等問題，加工了恒溫封閉腔體，把壓力傳感器置入其中，通過控制系統(tǒng)控制腔體內(nèi)的溫度，解決了高溫壓力傳感器大溫度范圍難以補(bǔ)償?shù)膯栴}，從而可以提高測量精度，通過仿真和實驗相印證，本方案是可行的。

　　轉(zhuǎn)載請注明來源：賽斯維傳感器網(wǎng)（ywhs9.com）