什么是Z轴控制？它与PID控制有何不同？抑制过超出温度控制概念是什么？

Z轴控制是控制什么用的？

在温度控制中，有一个要求是“尽快将温度升高到设定温度”。

另一方面，还要求“我不想超过设定温度”。

例如，考虑加热到200°C的设备。

如果由于温度低于200°C而继续加热，则加热器产生的热量可能会残留在设备内部。

如果热量延迟传递到控制物体，温度可能会超过 200°C。

Z控制是控制，它考虑如何向温度提供能量，以实现温度的快速升高，并防止在设定点附近过热。

这与PID控制有何不同？

在典型的 PID控制中，操纵变量是通过结合 P、I 和 D 这三个操作，根据设定值和测量值之间的差异来确定的。

Z控制是一种与 PID控制不同的控制算法。

然而，这并不意味着“PID 不用于 Z 轴控制”。

Z控制还使用调整参数例如 P（比例带）、I（积分时间）和 D（微分时间）。

这些参数不会像一般的 PID 计算那样直接使用，而是在 Z控制内部使用。

这是一种从紫苏叶的温度调节中产生的

Z控制概念的起源是“Zazenso”工厂。

绣球花是在早春寒冷的环境中开花的植物。

特征是自己产生热量的能力。

即使在外部温度变化很大的环境中，它也具有将称为肉穗花序的部分保持在约20°C的温度调节能力。

紫阳花根据自身的温度变化调节发热量，将温度保持在一定的范围内。

Z控制模型研究温度变化与热量产生之间的关系，并将其应用于工业温度控制。

但是，并不是将紫阳花的结构原封不动地转移到机器上。

我们正在开发控制方法，以实现工业温度控制所需的设定点附近的必要上升时间和控制精度。

什么是超出？

例如，设置温度为200°C时，实际温度可能超过200°C。

测量值超过设定值的这种现象称为超出。

在某些工序中，如果温度暂时超过设定温度，则不会出现问题;但是，如果处理温度有上限，则可能会影响产品质量和工序。

如果热传递需要时间，就很难控制。

温度控制困难的因素之一是“死区时间”。

例如，如果加热器与温度传感器分离，即使向加热器供电，温度传感器的值也不会立即改变。

加热器产生热量，热量通过设备传递，待控制位置的温度发生变化。只有这时，温度传感器才能检测到这种变化。

同时，如果判断“温度仍然很低”并继续施加大功率，则设备内部可能会存储大量热量。

热量延迟到达控制物体会导致过超出。

提高速度和避免过度

如果目标只是减少超出，一种方法是降低加热速率并缓慢升高温度。

但是，到达设定温度需要很长时间。

查看温度变化，而不仅仅是当前温度

Z轴控制不仅考虑当前温度，还考虑温度的变化情况。

例如，不仅“当前180°C”的信息而且“180°C,温度更高”的变化也很重要。

如果温度上升到设定值，则认为由于到目前为止施加的热量，温度将继续上升。

因此，在达到设置值之前，请调整输出，以便不提供超过所需的能量。

减少不必要的能源消耗

在浪费时间较长的设备中，由于温度仍然较低而继续加热可能会给设备带来超过必要的热量。

Z控制考虑温度变化和设备所获得的能量，并在接近设定值时抑制不必要的能量输入。

在设定值附近保持稳定的温度

仅仅将温度提高到接近设定值并不足以进行有效的温度控制。

到达后，温度必须保持稳定。

在 Z控制中，除了基于坐禅草温度调节的理念外，还结合了工业用温度控制所采用的补偿措施，以保持设定值附近的精度。

因此，该方法将接近设定值的控制与在设定值附近保持稳定的控制相结合。

不能简单地说它优于PID

Z控制并不总是优于 PID控制。

有很多设备可以通过PID控制实现足够的温度响应。

另一方面，对于 PID控制难以调节的温度控制，如过超出和较长的死区时间，Z控制就成为了一种选择。

关键不在于“PID和Z控制哪个更大”，而在于，希望实现什么样的温度响应？因此，需要考虑“控制”这种方式。

想要抑制超出设备

对于温度超过设定值会影响质量或工艺的设备而言，抑制超出程度至关重要。

Z控制旨在通过限制系统接近设定点时输入超过必要能量来抑制过超出。

热传递需要时间的设备

在大型炉子中，热量从加热器控制到所需位置需要时间。

对于存在如此长时间浪费时间的设备而言，仅监控测量温度来控制意味着需要很长时间才能确定加热过程的结果。

Z轴控制也可以用于此类温度系统。

考虑温度稳定和能耗的设备

如果可以抑制超过必要的加热，则可以减少不必要的能量输入。

然而，这并不意味着使用 Z控制总能获得一定的节能效果。

影响程度取决于设备结构、运行条件和常规控制设置。

金属热处理

在金属的热处理中，有加热到设定的温度后，将那个温度维持一定时间的工序。

在这样的过程中，不仅达到设定温度所需的时间很重要，而且超出并稳定在设定值附近的时间也很重要。

Z轴控制也应用于这些热处理过程中的温度控制。

等离子体氮化炉

等离子体氮化是使金属表面硬化的表面处理方法之一。

该过程需要进行温度管理，已有利用 Z控制进行温度控制的案例。

观察等离子氮化炉的温度控制情况。

高频感应加热

高频感应加热利用线圈产生的磁场，使金属本身发热。

是用于淬火、退火、钎焊、溶解等的加热方法。

即使使用这种类型的加热设备，也有温度控制系统允许您选择 Z控制。

看高频感应加热淬火发动机气门

大型真空炉等浪费时间长的设备

在大型真空炉中，加热器和炉内之间有墙壁或隔热材料，这会导致加热器的热量到达控制位置之前出现较长的延迟。

此类设备中也存在结合了 Z控制和级联控制概念的控制方法。

什么是串级控制？它是一种利用两个控制回路来稳定温度的机制。

Z轴控制是温度控制的一种选择。

仅仅使用Z轴控制并不能解决所有温度控制问题。

温度控制的结果受温度传感器、传感器位置、加热器容量、设备热容量、热传递、死区时间、干扰和控制参数等因素的影响。

如果当前的 PID控制能够提供所需的温度响应，则不一定需要切换到 Z控制。

首先，让我们确定当前温度控制存在什么问题。

• 超出很大。
• 稳定在设定值附近需要时间
• 浪费时间，PID调整困难
• 由于干扰，温度变化很大
• 过热

在调整 PID常数、检查传感器位置和加热器容量之后，如果需要重新审视控制方法本身，Z控制就成为一种选择。

PID也可以在Z轴控制中进行设置。

在 Z控制中，P（比例带）、I（积分时间）和 D（微分时间）用作调节参数。

不过，由于通用PID控制与内部的算法存在差异，因此即使直接沿用 PID控制中使用的P·I·D参数，也不一定能得到相同的响应。

在检查控制对象的特性和实际温度响应的同时进行调整。

部分型号具备自整定功能。

一些兼容Z的恒温器控制根据自整定要求P、I和D。

然而，通过自整定获得的值不一定代表所有设备的最佳响应。

根据所需的温度响应检查实际波形非常重要。

什么是自整定？自动调整PID常数的机制和注意事项。

设置和功能因型号而异

即使是支持 Z控制的调节器，可用的设置和辅助功能也会因机型而异。

在使用产品前，请查阅适用型号的产品规格和使用说明书。

在本文中，我们不会介绍如何设置单个产品。

Z控制概念的起源在于臭菘植物，但它并不是对臭菘机制的直接复制。

简单地对臭菘植株的温度调节进行建模，在达到设定点的速度和设定点附近的控制精度方面存在挑战，而这些是工业控制所必需的。

因此，我们开发了控制，该系统既考虑了达到设定值的上升过程，也考虑了设定值附近的稳定性，因此可以用于工业温度控制。

有关 Z控制的控制特性及其在具有较长延迟时间的设备中的应用的更多详细信息，请参阅以下学术论文和演示材料。