基于参数自适应模糊PID控制的导热系数测定仪开发

摘要

生产生活中热量的交换与传递是一种十分普遍的现象，导热系数是反映材料导热性能的一个重要物理参数，它的准确测量成为一个重要课题。一般来说都会采用实验方法确定材料的导热系数。导热系数的测量方法主要分为稳态法和非稳态法，前者主要有平板法，后者有热线法、热探针法、激光脉冲法等。 本课题从傅立叶稳态导热原理出发，在前期研发的双平板导热系数测定仪基础上，为了进一步的改善温度控制精度与速度，建立一个参数自适应的PID参数的模糊控制器，结合参数自适应的模糊PID控制器的优点，来提高系统的动、静态性能。该导热系数测定仪用Advanced RISC Machines作为微处理器，以参数自适应模糊PID控制器为基础，通过人机界面实现仪器的全自动控制、数据采集和处理以及导热系数的计算、显示输出，具有测量时间短、精度高、自动化程度高、体积小等优点。 本论文的的主要工作包括： 1.对导热仪的测量原理进行分析，即傅立叶导热定律和双平板保护法的测量原理； 2.对参数自适应模糊PID控制方法原理进行深入的研究和理解，根据对导热仪的理论分析和功能需求，针对当前仪器的需要，对温度控制提出可行的方案，并建立参数自适应模糊PID控制器； 3.系统调试及软件设计，主要完成实时时钟程序、AD程序、DA程序、LCD与键盘程序以及PID参数模糊控制器程序的设计与调试； 4.通过原有的PID控制方法对整机进行试验，并分析其中的问题，找出影响精度的主要因素，并提出改进方案； 5.使用新的控制方法进行比对实验，提高导热系数测定仪的测量精度。

目录

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第一章绪论

1.1引言

1.2国内外导热仪现状

1.3课题研究目的与主要研究内容

第二章热保护板法双平板导热系数测定仪的测量原理

2.1一维稳态导热分析

2.2热保护板法双平板导热系数测定仪的测量原理

第三章参数自适应模糊PID控制器

3.1 PID控制

3.1.1增量式PID控制算法

3.1.2 PID被控对象DAH

3.2模糊控制和PID控制的结合

3.3参数自适应模糊PID控制器研究及设计

3.3.1模糊数学中的基本概念

3.3.2模糊逻辑

3.3.3模糊控制系统控制原理

3.3.4参数自适应模糊PID控制结构与设计

第四章 仪器总体结构介绍与软件设计

4.1总体设计要求

4.2仪器硬件设计介绍

4.3系统软件设计

4.3.1软件流程

4.3.2实时时钟使用及程序

4.3.3 AD温度采集程序

4.3.4 DA温度控制程序

4.3.5 LCD及键盘程序

4.3.6 PID参数模糊控制器的程序设计

第五章实验与结果分析

5.1参数自适应模糊PID控制器与PID控制器仿真比对

5.2键盘与LCD显示调试

5.3原PID整机实验及问题分析

5.3.1 PID控制的DAH重复实验分析

5.3.2单次DAH实验问题分析

5.4基于参数自适应模糊PID控制实验

5.4.1基于参数自适应模糊PID控制DAH单次实验分析

5.4.2基于参数自适应模糊PID控制的DAH重复实验

5.5基于参数自适应模糊PID控制整机实验

第六章总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢