美能高低溫濕凍環(huán)境試驗(yàn)箱：基于PID控制的環(huán)境模擬與可靠性驗(yàn)證

太陽(yáng)能組件在應(yīng)用過(guò)程中需要經(jīng)受各種嚴(yán)酷天氣的考驗(yàn)，包括高溫、高濕和低溫等極端環(huán)境條件。美能高低溫濕凍環(huán)境試驗(yàn)箱利用先進(jìn)的PID控制技術(shù)確保測(cè)試的可靠性和準(zhǔn)確性。PID控制原理結(jié)合比例、積分和微分算法，有效調(diào)節(jié)溫度，防止蒸發(fā)器結(jié)冰，保障濕度測(cè)試順利進(jìn)行。該設(shè)備符合IEC61215-MQT12和IEC61730-MST52國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，具備抗疲勞和抗?jié)駳鉂B透能力，驗(yàn)證其在惡劣環(huán)境下的優(yōu)越性能和可靠性。

PID控制原理控制與應(yīng)用

PID控制原理是基于比例（Proportional）、積分（Integral）和微分（Differential）三種控制算法的組合，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的精確調(diào)節(jié)。PID控制器通過(guò)計(jì)算設(shè)定點(diǎn)與實(shí)際輸出值之間的偏差，并將這個(gè)偏差按比例、積分和微分進(jìn)行處理，從而生成一個(gè)控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)被控對(duì)象。

PID控制系統(tǒng)

比例控制（P）：比例控制是根據(jù)當(dāng)前的偏差值輸出一個(gè)與偏差成正比的控制量。其作用是快速減小偏差，但由于只考慮當(dāng)前的偏差，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩或超調(diào)。

積分控制（I）：積分控制是對(duì)過(guò)去所有的偏差值進(jìn)行累積，并輸出一個(gè)與累積偏差成正比的控制量。其作用是消除穩(wěn)態(tài)誤差，使系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定點(diǎn)。然而，過(guò)度的積分控制可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)變慢。

微分控制（D）：微分控制是預(yù)測(cè)未來(lái)的偏差變化，并輸出一個(gè)與未來(lái)偏差變化成正比的控制量。其作用是提前預(yù)防偏差的增加，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。

在溫度控制應(yīng)用中，PID控制器可以通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)精確調(diào)節(jié)：

溫度檢測(cè)：首先，需要有一個(gè)溫度傳感器來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)被控對(duì)象的溫度，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

誤差計(jì)算：將設(shè)定的目標(biāo)溫度與實(shí)際測(cè)得的溫度進(jìn)行比較，計(jì)算出當(dāng)前的溫度偏差。

PID算法處理：將計(jì)算出的偏差值輸入到PID控制器中，PID控制器根據(jù)比例、積分和微分三個(gè)參數(shù)，對(duì)偏差值進(jìn)行處理，生成一個(gè)控制信號(hào)。

執(zhí)行器控制：將PID控制器生成的控制信號(hào)輸出到執(zhí)行器，如電磁閥或加熱絲。例如，如果要調(diào)節(jié)制冷量，可以通過(guò)改變電磁閥的開(kāi)度來(lái)控制制冷劑的流動(dòng)；如果要調(diào)節(jié)加熱量，可以通過(guò)改變加熱絲的電流來(lái)控制其發(fā)熱量。

反饋循環(huán)：將執(zhí)行器的實(shí)際輸出效果反饋到溫度傳感器，再次進(jìn)行誤差計(jì)算和PID處理，形成一個(gè)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的持續(xù)精確調(diào)節(jié)。

根據(jù)現(xiàn)有資料顯示通過(guò)對(duì)電子膨脹閥采用過(guò)熱度和間室溫度偏差雙反饋的分段式變?cè)鲆鍼ID控制方案進(jìn)行分析和研究，并與傳統(tǒng)的定增益PID控制方案進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明：環(huán)境試驗(yàn)箱采用變?cè)鲆鍼ID控制方案，降溫速率平均提高11.8%～49.3%,超調(diào)時(shí)間平均縮短7.1%～57.7%,恒溫期間間室溫度波動(dòng)度降至0.1℃,并且在-40、-20、0、20℃不同間室溫度下均有良好的變工況適應(yīng)性。

通過(guò)這種方式得以驗(yàn)證PID控制器能夠有效地調(diào)節(jié)溫度，確保被控對(duì)象在設(shè)定范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的溫度。美能高低溫濕凍環(huán)境試驗(yàn)箱采用智能節(jié)能控制方式,根據(jù)箱內(nèi)的溫度需求PID控制電磁閥開(kāi)關(guān)輸出制冷量。

在高低溫濕凍環(huán)境試驗(yàn)箱中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定統(tǒng)一的臨界結(jié)霜蒸發(fā)壓力范圍

結(jié)霜是濕冷環(huán)境中的一種常見(jiàn)現(xiàn)象。換熱器表面結(jié)霜會(huì)造成熱阻增加、空氣流道堵塞等危害。對(duì)冷面上結(jié)霜規(guī)律和表面特性對(duì)結(jié)霜影響的認(rèn)識(shí),以及對(duì)霜層生長(zhǎng)過(guò)程的準(zhǔn)確模擬,對(duì)于探索合適的抑霜手段和低溫高濕工況下運(yùn)行具有指導(dǎo)意義。

在通過(guò)實(shí)驗(yàn)文獻(xiàn)模擬研究冷面上霜層生長(zhǎng)過(guò)程，數(shù)值模擬研究了翅片管換 熱器表面霜層分布，主要工作及結(jié)果如下：

對(duì)低溫高濕環(huán)境中親水表面、裸鋁表面和疏水表面上結(jié)霜過(guò)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)條件為：冷面溫度-20~-5 oC，濕空氣溫度-5~2 oC，相對(duì)濕度85%，濕空氣流速 0.31~0.92 m/s。結(jié)果表明：冷面溫度越低，裸鋁表面上冷凝水珠凍結(jié)越早，凍結(jié)時(shí) 水珠越小，而且霜晶沿垂直冷面方向生長(zhǎng)越快；冷面溫度越低、濕空氣流速越快， 霜層生長(zhǎng)越快；疏水表面具有延緩冷凝水珠凍結(jié)和減慢霜層高度增長(zhǎng)速率的作用， 但隨冷面溫度降低，延緩效果減弱；用于結(jié)霜/融霜循環(huán)中的表面，較好的排液效果可以有效減少再結(jié)霜量。

霜晶形貌（a）無(wú)規(guī)則狀（b）片狀（c,d）針柱狀（e, f）羽毛狀

對(duì)水平冷面上霜層生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果顯示：霜層平均高度和密 度均隨時(shí)間增長(zhǎng)，冷面前沿處水蒸氣濃度高，相轉(zhuǎn)移速率快，霜密度較大；霜層 內(nèi)部熱傳遞以導(dǎo)熱為主，霜層外以對(duì)流換熱為主，霜層界面處溫度曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)。

冷面上霜層生長(zhǎng)區(qū)域劃分示意圖

通過(guò)對(duì)臨界結(jié)霜蒸發(fā)壓力等多個(gè)因素綜合考慮，從而有效控制蒸發(fā)器溫度，防止?jié)穸葴y(cè)試時(shí)蒸發(fā)器結(jié)冰。

美能高低溫濕凍環(huán)境試驗(yàn)箱

●滿足：IEC61215-MQT12；IEC61730-MST52

●具備抗疲勞能力

● 具備抗?jié)駳鉂B透能力

美能高低溫濕凍環(huán)境試驗(yàn)箱憑借其智能節(jié)能控制、精確溫濕度調(diào)節(jié)和符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法，展示了其在太陽(yáng)能組件測(cè)試中的卓越性能。這一設(shè)備不僅確保了測(cè)試的準(zhǔn)確性，還提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了能耗和運(yùn)營(yíng)成本。未來(lái)，美能將繼續(xù)創(chuàng)新，提供更多高效、可靠的環(huán)境試驗(yàn)解決方案，助力各行業(yè)應(yīng)對(duì)嚴(yán)苛環(huán)境條件下的挑戰(zhàn)。