Hot Plate Automatic Control System (HPACS): 3 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Dit project is bedoeld om een eenvoudige intuïtieve manier te bieden om te begrijpen hoe automatische PID-afstemming kan worden uitgevoerd met behulp van een verwarming. Wat ik heb gemaakt is gebaseerd op de Åström-Hägglund-methode voor het afleiden van parameters met behulp van bang-bang-besturing om systeemkenmerken te onthullen en vervolgens parameters te kiezen op basis van deze kennis. Er is niets geheims aan en info is hier te vinden: https://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller#Loop… En voor het kiezen van parameters kun je hier wat lezen: https://en.wikipedia.org/ wiki/PID_controller#Loop…

Om het leuk te maken is er een Nextion 3.2 HMI-interface toegevoegd voor gebruikersinvoer en het realtime weergeven van verschillende variabelen. MAAR ik heb ook een seriële terminalversie van de bibliotheek gemaakt, wat het project veel goedkoper maakt!

Het echte achtergrondverhaal is dat ik mijn vader deels beloofde om een temperatuurregeling te maken voor smeltende bijenwas, deels wilde ik mijn basisregeltheorie opfrissen en ten slotte wilde ik kijken naar auto-tuning van PID-regelaars. Daarnaast heb ik hem ook kunnen gebruiken voor het maken van sous vide en het maken van lekkere steaks en bearnaisesaus als onderdeel van het testen!

WAARSCHUWING

Ik werk hier met 230 V wat gevaarlijk is als je niet weet wat je doet ! Ik ben een elektricien en elektronica-ingenieur, dus ik heb hier enige ervaring - maar werk NIET met 230 V als u zich er niet prettig bij voelt en pas goed op dat u geen stroomvoerende draden aanraakt! Pas ook op voor de goedkope SS-relais met betrekking tot mogelijk brandgevaar, aangezien dit door sommige mensen is gezien (niet door mij echter).

Benodigdheden

• Een goedkope WASCO-kookplaat (kan een betere zijn - bijvoorbeeld een inductieplaat van Ikea)
• Een goedkoop SS-relais
• Een Dallas ééndraads temperatuursensor
• Een Arduino Mega
• (Optioneel) Een Nextion 3,2" HMI-interface/display
• 5V voeding voor de Arduino

Stap 1: Montage

Ik heb alleen een behuizing gebouwd voor de HMI-versie van het project, omdat ik dit uiteindelijk heb gebruikt. Dus maakte ik een behuizing voor het monteren van relais, HMI en Arduino. Ik heb ook een klem gemaakt voor de temperatuursensor, gewoon omdat ik kon …

Stap 2: Coderen

Alle code voor HMI en Arduino is beschikbaar in mijn Git-repo voor het project.

Ik heb veel commentaar gegeven in de code om te proberen het gemakkelijker te lezen en te begrijpen. Maar in wezen heb ik een heel langzame PWM ingesteld voor de kookplaat en een timer-interrupt voor de staatsmachine / besturing en dat is het dan ook.

Dan is er natuurlijk nog de afstemmingsroutine en de besturing zelf + HMI of seriële interface…

Ik doe iets waar ik geen grote fan van ben in deze code, en dat is seriële print gebruiken in een timer-interrupt. Seriële printen kost veel tijd en zou eigenlijk vermeden moeten worden bij een timer-interrupt…

De afstemming werkt als volgt:

1. Stel PWM-duty cycle in op 40%
2. Wacht tot de ingestelde temperatuur is bereikt
3. Stel PWM-duty cycle in op 0%
4. Wacht tot de temperatuur onder het setpoint is
5. Herhaal stap 1-4 totdat b.v. 3 perioden met bijna dezelfde tijd en amplitude worden gezien
6. Bereken parameters voor PID op basis van het bovenstaande

Erg makkelijk;)

Stap 3: Testen

Nu de codering klaar is, is het tijd om te testen. In het vorige gedeelte heb ik de tuning grafisch uit een test laten zien - dus daar valt niet veel meer over te zeggen. Maar een paar tests met behulp van de verkregen parameters worden hier getoond.