基于虚拟仪器的水循环温控系统设计

　　0 引 言

　　随着PC、半导体和软件功能的进一步更新，虚拟仪器的功能和性能已被不断地提高，未来虚拟仪器技术以其在测量和控制方面的强大功能和灵活性为测试系统的设计提供一个极佳的模式，在许多应用中已成为传统仪器的主要替代方式。

　　本文以水循环系统为研究对象，针对水循环的温度，在比较研究不同控制策略的基础上，建立精确的数学模型，对水循环温度控制进行了研究。通过数据采集卡对温度信号进行实时采集，并由软件平台对采集的信号进行分析，然后用数学模型控制算法处理输出，以使当前温度逼近设定值，从而达到温控目的，最后将采集数据保存记录，以备日后读取分析。利用虚拟仪器的巨大优越性改善水循环温度的控制品质，提高控制效果。

　　1 水循环温度控制系统数学模型的建立

　　1.1 水循环温控系统介绍

　　水循环温控系统由储水箱、水泵、传感器、散热器和电加热装置组成，水循环原理图如图1所示。由于本系统对温度要求较高，要保证水管环境温度保持在20℃，故需建立合理的数学模型及控制算法，将温度传感器PT100采样性能通过散热器及电加热器的动态温度值模拟出来，最终达到高精度控制温度的作用。

　　水循环温控系统各个部分的温度因管道、散热装置和加热装置的原因会产生很大的变化。为了表达清楚达到预想的结果，就需要建立正确的数学模型。本设计根据实际情况，选择了几个特殊的点来建立模型。如图1所示，A，B，C，D，E，F六个点的温度，将引起变化的原因全部考虑进去，列出函数关系式，然后借助Lab—VIEW编程，由程序控制温度。

　　(1)B点的温度函数关系式

　　B点为采样点，B点的温度跟A点的温度因中间隔水箱会有一个延时K1，取在A点第N个采样值经过K1延时之后的平均值为B点的温度，它的温度函数关系为：

　　为F点第N-K5个采样点的温度;V5为F点到C点水管的容积，V5=0.5 L;K5为从F点到C点的延时周期，通过计算K5=6 s。

　　(5)F点的温度函数关系式

　　F点与E点相比，因为散热器和水管的同时作用，温度也相差很大，该点的温度函数关系如式(5)所示：

　　为B点第N-K6个采样点的温度;V6为B点到E点的水管的容积，V6=0.5 L;K5为从B点到E点的延时周期，通过计算Ks=6 s。

　　综上所述，A，B，C，D，E，F六个点的函数关系式及相互联系已经表达清楚，通过LabVtEW建立相应的数学模型。

　　2 水循环温度控制系统的软件设计