.   引言

  .   空调系统向新能源发展、减少电能消耗已经是必然的趋势。目前，在世界范围内，对太阳能驱动的喷射式制冷、吸收式制冷及吸附式制冷的研究和应用，已受到普遍重视并取得一定的效果。在早期的研究中，吸收式制冷系统是众多研究人员关注的焦点。但是，其设计和运行维护比较复杂，且运行一段时间后，工质的化学稳定性下降、系统难以保持高真空等问题会导致系统效率下降。同时，吸收式制冷的初期投资较大，也是其进一步发展的障碍。因此，近年来，喷射式制冷受到了较多的关注[1]。

  .   但是如果直接利用太阳能做热源来加热，易受天气影响，难以保证实验过程的稳定进行。因此，目前进行的实验多以电能直接做热源来进行的。为了保证实验的精度，必须对水温进行准确的控制。PID控制器就是一种可以进行方便、精确控温的控制方式。但此种方法的缺点是需要另外购置PID控制器，且不便于远程的电脑控制。为此，笔者针对太阳能喷射制冷实验系统，在labVIEW平台上开发了一套测控系统。LabVIEW 是美国National Instrument 公司推出的应用于测控领域的图形化编程软件。本文主要介绍了一种利用LabVIEW的公式节点实现的PID 控制技术和使用其简便的数据采集方式建立的测控系统。

  .   2. 工作原理

PID控制原理

  .   PID控制是从比例、积分和微分三个环节来实现对系统控制的。常规PID控制系统原理框图如图1 所示。PID控制是一种线性控制方式,它根据给定值r（t）与实际输出值c（t）构成控制偏差:

e（t）=r（t）-c（t） （1）

对偏差进行比例（P）、积分（I）、微分（D）计算后通过线性组合构成控制量,作用于被控对象,其控制规律为：

表示为传递函数的形式为：

其中kp — 比例系数

Ti — 积分时间常数

Td — 微分时间常数

  .   比例环节成比例的反映控制系统的偏差信号,一旦产生偏差,控制器就产生控制作用,来减少偏差。积分环节主要用于消除静态误差, 提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于时间常数Ti, Ti越小,积分作用越强。微分环节反映偏差信号的变化趋势,在系统中引入一个有效的提前修正信号,来加快系统的动作速度,缩短调节时间。

  .   LabVIEW中实现PID控制

  .   LabVIEW提供了PID工具包（PID Toolkit），用以实现对控制对象的PID控制。本文则介绍了一种新的通过公式节点（formula node）实现PID控制的简单方法。公式节点的程序如图1所示。其中Tset为设定的温度值，input为实际温度值，unew为输出的控制调压模块的电压值。P值、I值和D值分别通过前面板设定。为了防止在系统启动过程中造成PID运算的积分积累，致使算得的控制量超过电加热的最大动作范围，引起系统超调，本系统采用了积分分离PID控制方法。e为设定的阈值，当enew大于e值时，起作用的仅是PD控制，可避免过大的超调，又使系统有较快的响应。当enew小于等于e值时，即偏差较小时，采用PID控制，可保证系统的控制精度。通过公式节点内的简短运算，将结果unew以电压信号的形式输出至调压模块，通过它控制电加热的功率大小。

 
图1. 公式节点程序

 
图2 系统整体框图

  .   系统原理

  .   整个系统包括6个HT100型压力传感器、8个Pt100温度传感器和USB2000A共同完成数据采集功能。USB接口、PC和LabVIEW共同构成了数据接收和显示单元。控制功能则由调压模块TY-H380D来完成。系统框如图2所示。