高精度AD转换器的应用

作者：纪剑波 郭继红

来源：《科技创新导报》 2011年第19期

纪剑波 郭继红

(龙口矿业集团 山东龙口 265700)

摘 要:该系统是基于Δ－Σ技术的高分辨率24位A/D转换芯片AD7711A与单片机和PC构成的高精度温度控制系统。控制过程中对控制变量能进行精确测量,然后通过微型计算机采用PID算法计算出校正量对控制变量进行控制。

关键词:温度控制 PID Δ－Σ

中图分类号:TN7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)07(a)-0042-01

硫化是橡胶生产和电厂环保中的关键环节,整个硫化过程对温度的要求很高,从室温升高到设定温度的超调量不超过±0.3°C,硫化温度稳定在设定温度±0.3°C的范围内。当加料等其它干扰引起的温度变化时,系统稳定温度的重建时间要求在45s之内。

1 系统硬件设计

1.1 ADC选择及其工作原理

因为温度信号属于缓慢变化的信号, AD7711A采用了Δ-∑原理,可实现高达24位的分辨率,成为理想的选择。

AD7711A的内部结构如图１所示,它包括一个Δ-∑ADC、数字滤波器、可编程放大、时钟发生器、24位控制/数据/校准寄存器和400μA恒流源。

AD7711A的引脚中A0为寄存器地址选择,A0置低时选控制寄存器,置高时选数据或自校准寄存器;MODE选择数据传输的时钟方式(外时钟或内时钟);AIN1(+)、AIN(-)、AIN2(+)、AIN2(-)分别为两路信号的输入端;SDATA为串行数据的输出/输入端;DRDY为A/D转换完成端,低电平有

效;IOUT为400μA恒流源的输出端,可用作RTD的激励电流;REFOUT为参考电压(2.5V输出端)。

1.2 控制系统的构成

整个硫化温控系统通过高分辨率的A/D转换器AD7711A精确测量RTD硫化反应室的温度,将数字量送入单片机后再经PID调节器反馈控制信息,单片机根据这些信息发出相应的控制命令来控制加热装置,从而达到对硫化温度的精确控制。

2 AD7711A与单片机的接口

温度信号单端输入,用电桥平衡法测量,另一通道用于测搅拌器的扭矩。P10与A0相连来选择寄存器,读写数据的时钟信号由P12给出,串行数据由P13读入或写出,A/D转换完成端和INT1相连,当数据转换完毕后引起单片机的外部中断,在中断中调用数据读取程序,将采集的数据送入单片机中。具体连接如图2所示。

3 控制策略

本系统的PID调节器采用离散PID算法[2]:

系统的采样周期T取1.2s,输出u(k)为加热器在1.2s采样时间内的加热器开启的时间,单位为ms。假设受控对象硫化室为一阶惯性环节串联纯延迟环节,测出被控对象的临界增益和临界振荡周期,用Ziegler-Nicholes法整定PID参数[3],然后根据实验调节,求出符合实际的PID调节参数:

KP＝50,KI＝1,KD＝4000

在实际的PID调节中,由于每次采样周期中U的输出最大值为1200ms,为防止出现积分饱和,所以在PID调节控制中需要输出限幅,以及对积分项的分离控制。

4 结论与结果分析

设定的温度为160℃进入稳态后波动幅度不超过±0.3℃,加料时扰动较少,幅度小于1℃,稳态重建时间＜45s,并且系统的超调量很小,整个系统精度能达到很高的要求。