基于智能控制的温湿度控制系统的研究

摘要

温湿度试验箱主要用于为精密仪器提供恒温恒湿环境及进行老化实验的仪器。但是现在的温湿度控制对精度和适应能力提出了更高的要求，所以必须在深入学习现有控制算法的基础上，研究出新的有效的控制策略。 本文主要以PID控制算法为主要研究对象，为克服传统PID算法适应能力弱的缺点，结合积分分离PID控制、单神经元控制、模糊自适应控制等理论研究，提出对温度采用积分分离PID控制和单神经网络相结合的控制算法和对湿度采用积分分离PID和模糊控制相结合的控制算法。文中利用Matlab对不同的控制算法进行了仿真实验，仿真试验证明组合温度控制算法和组合湿度控制算法提高了传统PID算法的适应能力及控制精度。 为了消除温度与湿度之间的耦合，作者提出了一种新的解耦方法—对温度采用静态解耦和对湿度采用改进的模糊解耦，并对不解耦、静态解耦及模糊解耦三种方法作了实验研究。通过曲线比较，证明了对温湿度运用不同的解耦方法有着较好的解耦效果。 然后对模糊解耦温湿度控制算法进行了抗干扰性、鲁棒性的实验研究，由仿真曲线可以看到本文提出的温湿度控制算法具有较好的控制效果。 本文还给出了温湿度控制的硬件结构图以及软件系统的总的框图。在硬件部分，主要介绍了双CPU如何工作，输入输出通道的结构。在软件部分对数据采集及处理模块等做了详细的讨论。 我们相信，本文提出的温湿度控制系统具有超调小、调节时间短、控制精度高、鲁棒性好等优点，有着广泛的推广前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 引言

1.2课题研究的目的和意义

1.3 国内外研究概况

1.4论文的主要研究内容和创新点

第二章智能控制相关理论及MATLAB仿真工具

2.1相关理论基础

2.1.1 PI D控制原理

2.1.2模糊控制的基本原理

2.1.3多变量系统的解耦原理

2.1.4神经网络的基础原理

2.2 MATLAB/Simulink系统仿真工具介绍

2.2.1 Simulink建模与仿真

2.2.2 S-函数编写及其应用

2.3本章小结

第三章温湿度控制算法及仿真

3.1本课题智能算法的提出

3.2温湿度试验箱的建模

3.2.1温湿度试验箱箱体微分方程的建立

3.2.2增量微分方程式的建立

3.2.3 PID控制参数的选择

3.3组合PID控制算法

3.3.1积分分离PID控制

3.3.2单神经元自适应PID控制

3.3.3模糊自适应整定PID控制

3.3.4组合温度控制算法

3.3.5组合湿度控制算法

3.4模糊解耦控制

3.4.1无任何解耦时的温湿度输出响应曲线

3.4.2静态解耦时的温湿度输出响应曲线

3.4.3模糊解耦时的温湿度输出响应曲线

3.4.4解耦效果的比较

3.5模糊解耦温湿度组合控制算法的鲁棒性分析

3.5.1抗干扰性分析

3.5.2增益变化的鲁棒性分析

3.5.3积分时间常数变化的鲁棒性分析

3.5.4延迟时间变化的鲁棒性分析

3.5.5增益、时间常数、延迟均发生变化的鲁棒性分析

3.5.6初始状态改变对仿真曲线的改进

3.5.7抗干扰性和鲁棒性总结

3.6本章小结

第四章温湿度试验箱控制系统结构与硬件设计

4.1 系统结构

4.2主要技术性能要求

4.3温湿度控制器硬件结构设计及实现

4.3.1 LPC2104介绍

4.3.2系统的输入通道

4.3.3系统的输出通道

4.3.4液晶触摸显示屏硬件电路

4.4本章小结

第五章系统软件的设计

5.1软件系统总流程图

5.2数据采集及处理模块

5.2.1 A/D转换数据转换成温度值

5.2.2 干湿球温度转化成相对湿度

5.3智能控制算法模块

5.4开关量占空比控制模块

5.5人机接口数据交换模块

5.6本章小结

第六章总结与展望

6.1 结论

6.2展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

作者在攻读硕士学位期间所作的项目

致 谢