1. 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
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：
（2）
表示为传递函数的形式为：
（3）
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
图1. 公式节点程序
图2 系统整体框图
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。
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。
首先在PC上设定发生器温度、P值、I值、D值等所需参数，系统开始运行。传感器将信号送至数据采集卡USB2000A，经由USB接口送至PC。通过将实际测得的发生器温度与设定值比较，PC发出信号控制调压模块调节加热量。
3. 系统软件设计
本系统应用LabVIEW编制了测控软件，可以方便的实现数据的实时采集、存储、处理和分析。此外，本程序通过与VC++编写的仿真计算程序的链接，实现了仿真计算和实验数
图3 程序前面板
据的比较。通过这种直观的比较，可以分析在给定的工况下实验结果和仿真计算之间的误差。从而可以对仿真计算方法加以修正，使其更加完善，计算结果能够更加符合实际的实验结果。程序前面板通过tab container可以方便的实现系统原理flash展示、实时数据显示、数据分析之间的切换，如图3所示。
主程序主要数据采集模块、数据保存模块、控制模块和数据分析模块组成。
数据采集模块的主要功能是选择板卡的通道范围，并将采集的温度、压力数据按一定顺序打包，等待下一步的处理。模块的主要构成如图4所示。
数据保存模块的功能则是将采集模块得到的数 据以电子表格形式保存下来。在数据采集过程中，系统会建立测量的数据文件，以便记录测量中的数据。该模块可以将采样得到的数据和采样时间转换为标准电子表格数据，追加在建立的数据文件后。由于数据的写入是实时的，即没完成一次采样，就将数据写入文件中，所以可以将意外情况对测量系统的影响降至最低。
控制模块则是针对发生器的电加热控制而设计的，该模块主要通过公式节点实现电加热的积分分离PID控制。实验证明，该控制算法可以很好的满足控温精度的要求。
数据分析模块可以处理和显示从采样模块传来的数据，并可经过处理，将其在用户终端上以一个完成的数据表格输出。同时，该模块通过LabVIEW提供的CIN节点实现了与VC++仿真程序的链接[2]，可以将仿真计算结果和实验数据同时显示出来，方便进行比较和误差分析。
图4 数据采集模块主要构成
4. 总结
利用LabVIEw的强大功能，结合VC++的仿真计算程序，开发了形象直观的太阳能喷射制冷系统测控系统。可以对实验台进行实时的数据采集、显示、分析以及控制。该系统简单可靠、实时性良好，可以为实验的顺利进行提供保障。
参考文献
[1] H
[2] 黄秋云译，Е.Я.索科洛夫，H.М.津格尔著，喷射器，1977，北京：科学出版社
[3] 陶永华,新型PID控制及其应用,北京：机械工业出版社,2000
[4] 李志军，宋豫全，郭军伟，尚万峰,基于LabVIEW的筒盖综合测控系统设计, 微计算机信息,2005,21（19）:113-116
[5] 王永皓，姜周曙，基于LabVIEW的中央空调计算机辅助测试系统，杭州电子工业学院学报，2002，（4）：62-66
[6] 宋智罡，郁其祥，王益明，陆殿健，基于LabVIEW的PID参数自适应模糊控制器设计，机械设计与制造，2003（4）：11-13
