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温度控制系统的应用基于单片机的绝缘性能测试仪
蓝富，项立，马明坤，刘光亚，杨根阳 天津理工大学 天津，中国
摘要 抽象绝缘测试仪是高端重要设备电气工程电压试验。 可能的研究绝缘油温度对绝缘体的影响测试材料的性能已成为一个重要的课题绝缘测试。 在本文中，我们设计了一个系统包括加热油杯，混合器，加热功率输出控制平台和增量PID算法来控制绝缘油的温度，允许绝缘油加热对称并克服热量的负面影响容量系数，绝缘油粘度和特性热传导系数。 这种设计的主要目的是为了保持绝缘油温度的波动在高电压测试期间最小。
关键词:绝缘油; 增量式PID算法; 温度控制。
1 介绍
随着电气工程的发展，对材料的要求越来越高。这也是在电绝缘材料中尤其如此合成聚合在动力中起着重要的作用行业。由于其在电气，物理和机械，XLPE已被广泛用作一种典型的动力传动绝缘材料分配标准。但是，像绝大多数聚合物一样材料，XLPE本身也有一些固有的问题，如此由于耐热性差，容易老化。研究发现在操作期间，电缆绝缘材料将是受长期热老化影响。有时候，这个损失不能重复使用。在正常运行状态下，因为承载能力很大，温度很高交联聚乙烯绝缘电缆为90?。在过载或短路中条件下，绝缘电缆的温度可达150?在短时间内。因此，有必要进行关于XLPE中击穿电压变化的研究不同的温度，以便我们可以了解老化建立合理的绝缘电缆机理绝缘诊断方法[1-2]。
2高压绝缘油试杯
本文主要介绍温度检测并控制绝缘性能测试仪的实现。 高用于绝缘性能的高压绝缘油试验杯测试仪如图1，图2所示
图(1)
图(2)
油杯有两层，充满绝缘油。之间有一个蜂窝圆孔隔板下层，方便垂直顶部油和底部油的对流反应，并有助于传播热量。 同时，结构也阻止了高压漏电现象的负面影响压力并避免损坏油杯。
由于绝缘油热传导性差，顶部油与底部油之间的温度在不同时会有所不同加热油。 即使在同一架飞机上，绝缘油也是如此温度不同。 这是不可能的绝缘油温度通过温度传感器在底部。 因此，需要在该处安装一台混合器以确保杯子的快速平衡净油温度。控制XLPE周围温度的方法是我们首先将XLPE放入试杯中充满高压绝缘油然后修理它。 然后用户可以通过控制调整交联聚乙烯的环境温度绝缘油的温度。
2.1温度控制系统设计
温度控制的总体思路如下。在一开始，用户应该设定油杯的温度绝缘油的温度可以通过温度来测试传感器，然后温度变送器传送此信号转换成4-20毫安的电流。MCU处理后，真正的温度显示在LCD上。此后，用户输入目标温度与键盘。MCU测试错误在预定温度和实际温度之间。然后电热丝开始加热。 当差异在温度降低到一定的范围，就可以实现通过控制加热准确预计温度值晶闸管加热丝的频率。该测试仪的MCU是ATmega16。 硬件温度控制系统的结构如图3所示。
图(3)
2.2温度控制电路
在这个设计中，ATmega16用来控制温度晶闸管，温度控制电路如图4所示
图(4)
交流电时晶闸管和电热丝串联220V电路。根据要求的差异温度和实际温度，我们可以调节温度通过改变加热丝的功率绝缘油由晶闸管的导通时间控制。此外，晶闸管导通角控制晶闸管的导通时间。从而，当晶闸管导通时，电热丝以及晶闸管和电源形成回路，电热丝正常工作。什么时候闸管断开，高压电容器趋向于断开220 V，50 HZ频率。所以加热电线和电力不能形成回路，因此电热丝不能工作。
3 温度控制算法
3.1 PID控制介绍
在这项研究中，由于绝缘油具有滞后特性，时变和非线性，几乎不可能建立一个精确的温度控制数学模型系统。所以如果我们使用传统的线性控制理论，很难取得令人满意的控制效果。PID控制是工业中常用的一种方法控制是基于经典控制理论。 PID控制原则上可实现且简单，因此适用于各种物体。另外，PID算法具有很强的适用性结构坚固。因此，虽然工业自动化
发展迅速，PID控制技术仍是基础工业过程控制。如果采用PID控制技术和优化的PID控制技术相结合在工业过程控制中，超过95％的循环有PID结构。可以说，尽管今天已经看到各种控制技术的快速发展，PID控制技术仍然不过时并且占据着一席之地指导位置。 PID调节器的质量主要取决于PID控制参数设置。只要参数是合理的，大部分的控制任务都可以通过PID完成。
3.2 PID的理论可行性
因为绝缘油的温度控制有某些纯粹的延时，很难利用常规PID控制方案用更大的纯控制过程
时差。由于计算机处理是数字质量，所以控制系统使用数字PID控制器。数字PID控制算法包括两种算法，一种是位置型PID控制算法和另一种是增量式PID控制算法。这个系统使用了增量式PID控制算法[3-5]，其结构如图1所示如图5所示。
图(5)
增量式PID控制系统结构
增量式PID控制系统具有以下优点。增量只需要计算增量，无需积累方程。 控制权的确定只增加一些链接到一些最近的偏差样本值。当存在计算误差或精度不够时，它对质量控制的影响较小，而且更容易通过加权处理得到更好的控制结果。计算机只输出控制增量，所以
错误行为的影响很小，可以被删除逻辑判断，这对操作有利。该控制系统基于MCU实时采样状态在采样周期的输入/输出，所以它是一个离散控制PID控制由差分表示的系统方程。
3.3 PID参数设置
PID控制的结果主要取决于PID控制参数设置，它是指确定的比例系数KP，积分时间常数TI和微分时间常数TD。满足要求控制系统（稳定性，准确性和快速性），设定三个参数是控制系统的核心内容。考虑到MCU的处理能力和可操作性精度，本文选择比例度方法。它的优点是方便简单，可以实现智能仪器的自整定。比例是度方法适用于对象的传递函数。它是一个闭环参数设定方法。前提条件采用这种方法是：控制的订单号制度是三级或以上。
程序如下：
（1）令TI =?，TD = 0，选择较高的数字，等待系统保持稳定的运行状态到纯粹的比例;
（2）我们可以利用外部干扰来刺激控制器或使控制器成为一个阶跃变化和然后观察测量结果的变化，然后减少比例带delta;逐渐变化并观察是否变化的测量值振荡发散或下降。如果它是发散的，继续减少delta;K。如果它在减少，使delta;放大，重复调整，直至得到持续振荡。记录比例delta;K和振荡期间TK这一刻，这些结果是比例程度和最终期限。
（3）根据delta;K和TK，计算最佳参数值按表[6-7]计算。因为KI =一世P TK T，KD =ŤK TDP，我们可以得到PID三个参数KP，KI，KD
在本文中，PID控制晶闸管导通角和从而改变晶闸管的导通时间，因此加热时间。 在得到的初步数据后通过模拟参数，修改KP，KI，KD值根据测试仪的实际效果并确定最终具体的PID参数，KP = 6500，KI = 43，KD= 23400. PID控制的最终结果如图6所示。它显示了设定时的温度控制效果温度是90°。
图6
图(7)
当温度达到80℃时，其上升趋势减慢下。 但是，由于绝缘油热传导有滞后效应，PID控制的效果没有显示出来即刻。 经过一段时间后，PID控制晶闸管放慢了速度加热速率以避免过冲的值变得太高。 最终，温度变得稳定，并保持在90°。
4结论
在本文中，我们可以总结出PID控制的特点：PID控制算法的主要优点是它更容易学习和广泛使用。 即使正常PID控制在控制Nonlinear和PID中存在一定的缺陷时变不确定的环境，我们可以满足通过改进整个系统的要求。 PID控制算法经常被用作第一个选择，甚至尽管它不能满足要求，但它可以实现我们得到一些参考文献?调整PID参数很困难。 的理论调PID参数很简单，但实际上并不容易无需与其他方法结合就可以实现结果。调整PID参数有两种条件，一个是我们知道数学模型; 另一个是我们无法通过数学来描述系统模型。 如果我们知道这个特征，那将是美好的系统，如果我们有广泛的控制经验。
之后合理地合并硬件和软件设计系统，我们认识到硬件的重要性，包括组件的功能，电路设计等产品的结构。 没有硬件的支持，即使我们有完美的算法，我们仍然无法满足要求。这个实验表明PID算法擅长控制绝缘油的温度。 气温基于单片机的控制系统可以显示绝缘油的真实情况温度及时准确。 同时，如果我们结合增量PID算法[8]，可以提高迅速温度并使目标值稳定。该精度符合实际应用要求
参考
[1] ChonungKim，J. Z. Jian，J.Pingkai，Xingyi Huang，Q. Quan K“热老化的介电行为的研究”
交联聚乙烯电缆在高频率“，聚合物测试，vol.25，no。 4，pp.553-561,2006。
[2]吴武，刘一刚，“高压XLPE电缆评论”绝缘老化及其诊断技术“，广东电力，第16卷，第4期，第1-6页，2003年。
[3]郑成霞，“实现PID温度控制系统基于MCU的软件“，宁波职业技术学院学报，vol.14，no.5，pp.16-19,2010。
[4]严小照，张兴国，“增量式应用温度控制系统中的PID控制“，Journal of南通大学（自然科学），第5卷，第4期，第48-51页，2006年。
[5]林海波，王晓曦，刘世新，“一种基于智能控制器的增量式数字PID算法温度控制器“J. Chang chun Inst。技术。 （Nat.Sci。艾迪。 ），第12卷，第3期，第86-89页，2011年。
[6]周义军，“改进的临界配比法用于自整定PID参数“，自动化仪器，第23卷，第1期，第14-17页，2002年。
[7]何国荣，Na Ji，“PID调整研究”基于临界配比法的参数“，Journal of Journal杨凌职业技术学院，第7卷，第2期，第11-2008年12月14日。
[8]刘金宏，“PID温度控制系统设计与仿真”基于Matlab的仿真“，Technology and Living，no.18，第20-21页，2010年。
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