YOKOGAWA CP451-10 S2
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摘要:為了提高石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度,除了選取高性能的諧振器外,對(duì)其采取恒溫控制方式是保證其穩(wěn)定震蕩的關(guān)鍵。本文給出了一種采用雙層恒溫槽及采用模糊PID控制算法,外層加溫部分控制基礎(chǔ)加溫,內(nèi)層加溫部分實(shí)現(xiàn)精確加溫,從而提高恒溫石英晶體振蕩器的穩(wěn)定性和啟動(dòng)性的設(shè)計(jì)方法。同時(shí),在MATLAB環(huán)境下建立了數(shù)學(xué)模型,進(jìn)行了仿真研究,結(jié)果表明采取模糊控制算法和PID控制算法結(jié)合的算法比單純采用PID控制算法溫度上升快,超調(diào)量小,也更加穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞:恒溫晶體振蕩器;諧振器;模糊PID控制;算法
0 引言
恒溫晶體振蕩器是目前頻率穩(wěn)定度zui高的晶體振蕩器,作為精密時(shí)頻信號(hào)源被廣泛應(yīng)用在定位系統(tǒng)、通信、計(jì)量、頻譜及網(wǎng)絡(luò)分析儀等電子儀器中?,F(xiàn)代通信的迅速發(fā)展對(duì)恒溫晶體振蕩器的穩(wěn)定度提出了更高的要求。為了獲得較高的頻率穩(wěn)定度,必須采用高品質(zhì)的石英諧振器以及良好的控溫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)恒溫控制。傳統(tǒng)的PID控制算法簡(jiǎn)單、魯棒性好、可靠性高,并且可以消除穩(wěn)態(tài)誤差。而在實(shí)際中被控對(duì)象往往具有非線(xiàn)性、不確定性難以建立精確地?cái)?shù)學(xué)模型,因此應(yīng)用傳統(tǒng)的PID控制器難以達(dá)到理想的控制效果。鑒于模糊控制具有快速性的特點(diǎn),同時(shí)還可以保持較小的超調(diào)量。文中將模糊控制與PID控制算法相結(jié)合,從而得到一種控制規(guī)則簡(jiǎn)單,控制性能良好的控制方法。
1 恒溫晶體振蕩器硬件原理CP451-10 S2
由于晶體振蕩器的頻率溫度特性主要由石英諧振器的頻溫特性決定。因此在制作恒溫晶體振蕩器前,首先要選擇性能良好的高品質(zhì)諧振器,不同切型的諧振器頻率溫度系數(shù)也不同,AT切諧振器的振蕩頻率與溫度的關(guān)系呈近似三次函數(shù)關(guān)系,具有零溫度系數(shù)點(diǎn)。因而把控制溫度設(shè)定在諧振器頻率溫度曲線(xiàn)拐點(diǎn)溫度處即可實(shí)現(xiàn)振蕩器輸出穩(wěn)定頻率的目的。由高品質(zhì)的諧振器和穩(wěn)定的振蕩電路所組成的恒溫晶體振蕩器基本框圖如圖1所示。
它的工作原理是:在外層加熱電路中,控制芯片根據(jù)片內(nèi)傳感器所測(cè)得的溫度對(duì)外槽內(nèi)控制加溫至接近石英諧振器拐點(diǎn)溫度處實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)加溫控制;內(nèi)層加熱電路中,控制芯片根據(jù)溫度傳感器所測(cè)得的溫度對(duì)內(nèi)槽控制加溫,使內(nèi)槽溫度穩(wěn)定在石英諧振器拐點(diǎn)溫度處從而實(shí)現(xiàn)精確加溫控制。內(nèi)槽在制作上選用導(dǎo)熱系數(shù)高的紫銅,提高內(nèi)槽的傳熱性能;外槽在制作上選用導(dǎo)熱系數(shù)較低的聚氨酯泡沫塑料灌注,使其和元器件粘在一起,不僅保溫性好而且有防震的功能。
控溫部分采用單片機(jī)c8051f330來(lái)控溫,它主要通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn),結(jié)合硬件電路,構(gòu)成數(shù)字化精確控溫。這里主要介紹控溫算法的實(shí)現(xiàn)以及MATLAB仿真測(cè)試結(jié)果。
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