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恒温恒湿培养箱智能控制系统专题24、设计总结与

发布时间:2020-04-15 05:58人气:

设计总结与展望

本课题开发与研究的是恒温恒湿培养箱智能控制系统,核心任务是恒温恒 湿箱体的温湿度控制系统的算法研究与设计。

在对恒温恒湿控制系统的国内外发展现状及需求的调研的基础上,分析培 养箱自身特有的控制特性,如生物培养对温度超调敏感,控制过程具有不对称 性,滞后时间与温度有关,湿度的波动影响温度恒定,系统易受干扰等。模糊 控制利用人类专家控制经验,对于复杂对象的控制显示了鲁棒性好、控制性能 高的优点,但也有稳态效果差的缺点。而恒温恒湿培养箱对温度的要求均比较 高,既要无超调,又要稳态精度高,实际运行又受湿度波动的影响,所以对温 度的控制釆样模糊控制与PID控制相结合的方式,充分利用了模糊控制的动态 优势和PID控制的稳态优势。实际工作中对湿度的超调和波动不太敏感,所以 基本的模糊控制方法就可完全满足需求。

在硬件设计中,首先设计控制系统的整体架构,然后对温度控制系统和湿 度控制系统的各模块分别进行器件选型及电路设计,主要由六个模块组成:’传 感器检测部分、控制部分、被控对象、人机交互系统、单片机和电源。其功能 主要包括按键、显示、声光报警、恒温控制、恒湿控制和数据存储下载。市电 为控制系统的主要供电方式。为提高恒温恒湿培养箱的可靠性和实用性,本课 题提出一种配备后备电源的硬件方案,由镣氢充电电池串联组成,保障监测电 路的工作,对主电源掉电后24h内的实时直观监测。

在软件设计中,主要实现釆样、显示、定时、中断、控制、数据存储通信 等基本功能。对算法的实现,本文选择模糊控制为基本控制算法,并借助Matlab 设计实现,在Simulink仿真环境中设计仿真系统逼近实际系统的调控,然后结 合实践提出了一种将PID与在线插值模糊控制相结合的控制算法,兼顾了模糊 控制和PID控制的优点,动态和稳态效果均理想,具有很好的实用价值。通过 对不同控制策略的实验对比研究和数据分析,该控制系统方案合理,可靠性高, 实用性强,调试方便,完全满足实验室恒温恒湿培养箱的需求,有利于节约成


第五章设计总结与展望

本、提高热效率、降低能耗和改善实验条件,且安装使用方便,适合在生物医 学实验室使用和推广。

本课题设计的恒温恒湿智能控制系统已基本完成,但还有一些应用研究需 要更进一步开展下去:

(1) 在封闭箱体内,温湿度耦合是一个很复杂的问题,如果恒温系统和恒 湿系统的精度要求均很髙,那么温湿度解耦是首先要解决的重要课题。

(2) 找到一套合适的模糊规则及隶属函数比较困难,目前完全凭经验获得, 将神经网络引入控制系统是一种很好的解决方案,今后亟待深入研究和推广。


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