基于Fuzzy-PID的黑体源温控系统的研究

摘要

黑体辐射源溯源系统为中国辐射测温技术发展做出重要贡献，在黑体辐射源溯源系统中的一关键仪器是黑体辐射源，而黑体辐射源的温度控制是一个伴随非线性、时滞性以及温变性的复杂过程。中国应用最多的是利用传统PID算法进行温度控制来解决这一复杂过程，但温度控制效果有待提高，为了达到更好的温度控制效果，故提出了应用模糊PID控制。本文研究了黑体辐射源温控系统，利用MATLAB/simulink对传统PID控制算法、模糊控制算法及模糊PID控制算法进行仿真研究，以NI cRIO-9024作为温控系统的控制器、以NI9472源极数字输出模块和加热膜作为执行机构、以黑体辐射源腔体作为控制对象、以腔体温度作为被控参数、以电压作为控制参数来搭建黑体辐射源温度控制系统的实验平台，运用LabVIEW软件设计了上位机界面，实时设定目标温度值和控制系统的各个参数进行控温，并将传统PID算法和模糊PID算法应用到黑体源温控系统中。 本文的具体研究内容如下： 1．黑体辐射源的数学建模及参数辨识。分析了固定点黑体辐射源及其腔体结构，根据标准黑体辐射源的温控原理推导出黑体辐射源的数学模型，并根据最小二乘法则处理实验所采集的数据，得到具体温控过程的传递函数。 2．基于传统PID控制算法采用Ziegler-Nichols参数整定法进行参数的整定，并利用MATLAB/simulink展开仿真，总结传统PID控制算法存在的局限性。 3．模糊控制算法的仿真研究。选择了适合控制系统的模糊控制器并分析了模糊控制器的基本组成和结构。对模糊控制算法和模糊PID控制算法进行仿真，并将传统PID控制算法、模糊控制算法和模糊PID控制算法的仿真结果进行了对比。 4．黑体辐射源温度控制系统设计及实验验证。对黑体辐射源温度控制系统的硬件和软件进行设计，并将传统PID算法和模糊PID算法应用到黑体辐射源温控系统中进行实验验证。 通过实验验证，模糊PID控制算法比传统PID控制算法在黑体辐射源温控系统中具有更好的控制效果,具体体现在温度控制的调节时间较短、超调量较小、稳态误差较小。

目录

163126309 王玲玲

王玲玲-独创性声明

第一章 绪论

1.1 课题研究及背景意义

1.2 课题的发展及研究现状

1.3 论文的主要工作

第二章 黑体辐射源的数学建模及参数辨识

2.1 固定点黑体辐射源及腔体结构

2.2 标准黑体辐射源数学建模及参数辨识

2.3 本章小结

第三章 基于传统PID控制算法的仿真研究

3.1 PID控制器及参数整定

3.2 传统PID控制算法的仿真实现

3.3 传统PID控制算法存在的局限性及其改进

3.4 本章小结

第四章 基于模糊控制算法的仿真研究

4.1 模糊控制器的选择

4.2 模糊控制器的基本组成和结构

4.3 模糊控制算法的仿真实现

4.4 模糊PID控制算法的仿真实现

4.5 仿真结果分析

4.6 本章小结

第五章 黑体辐射源温度控制系统设计及实验验证

5.1 LabVIEW简介

5.2 黑体辐射源温控系统的硬件设计

5.3 黑体辐射源温控系统的软件设计

5.4 传统PID控制策略的温控实验

5.5 模糊PID控制策略的温控实验

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明