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红外目标模拟器温控系统的研制

作 者: 朱统
导 师: 孙晓刚
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 仪器科学与技术
关键词: 模糊PID控制 四线制铂电阻 自整定 温度
分类号: TP273
类 型: 硕士论文
年 份: 2007年
下 载: 198次
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内容摘要


温度的测量与控制是日常生活与生产实践中常见的课题,准确地进行温度的测量和控制,对于新材料的研究与生产、促进科学技术的发展及生产水平的提高都具有重要的意义。红外目标模拟器是红外寻的弹头、雷达测试系统等很多光电系统的主要检测和鉴定设备,是军事和国防上必不可少的设备之一。由于红外模拟器的关键设备——黑体需要有一个恒温的工作环境,温度对它的影响很大,而且目前专门为之设计的控制器产品比较少,因此有必要开发一种高精度的专用温度控制器。PID控制是最早发展起来的控制策略之一,其结构简单、鲁棒性好、可靠性高,被广泛应用于工业控制过程。但PID的参数整定多依赖于人工经验和具体的对象模型,整定结果往往不能令人满意。近年来,模糊控制理论飞速发展,它事先不需要获知对象的精确数学模型,而是基于人类的思维以及生产经验,用语言规则描述控制过程,并根据规则去调整控制算法或控制参数,因此已经成为目前智能控制的一种重要和有效的形式。将模糊控制与PID控制相结合,使之兼顾PID控制的精确和模糊控制的灵活性,对于非线性、时变性的控制对象具有很好的控制效果。本课题通过仔细分析了多种测温方案,深入研究了当前比较先进的控温方法,开发了专用于红外目标模拟器的温度控制器,设计了基于恒流源的四线制铂电阻测温电路和参数自整定模糊PID控制的总体方案。在硬件上,以微控制器为核心,利用PIC16F873A集成了丰富的片上外设资源的特点,以最小硬件成本,配合系统软件实现了通道选择、温度测量与控制、温度控制值设置、PID控制参数自整定等多种功能。在软件设计上,借鉴了操作系统的工作方式,通过系统管理程序对子程序实行统一管理,各子程序间相互独立,高度模块化,提高了程序的可读性与可维护性。本控制器采用基于恒流源的四线制铂电阻测温电路,精度高、结构简单;系统设计的模糊PID控制算法能自动对PID控制参数进行调整以减小超调量、提高响应速度,同时具有很强的适应性。经过实际测试,控制器测量和控制的各项指标均达到设计要求。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 课题背景和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-15
    1.2.1 PID控制方法研究现状  10-11
    1.2.2 模糊控制的发展与应用现状  11-12
    1.2.3 温度控制器研究现状及产品  12-13
    1.2.4 红外目标模拟器的相关介绍  13-15
  1.3 本课题的主要研究内容  15-16
第2章 模糊PID控制算法设计  16-32
  2.1 PID控制理论  16-19
    2.1.1 PID基本原理  16-18
    2.1.2 PID参数自整定技术  18-19
  2.2 模糊控制理论  19-24
    2.2.1 模糊控制的基本原理  19-20
    2.2.2 常规模糊控制器的设计  20-23
    2.2.3 常规模糊控制器存在的问题分析  23-24
  2.3 参数自整定的模糊PID控制器的设计  24-28
    2.3.1 模糊控制规则设计  24-27
    2.3.2 PID控制参数的初始化  27-28
  2.4 模糊PID系统仿真  28-31
  2.5 本章小结  31-32
第3章 系统总体方案及硬件设计  32-45
  3.1 总体方案设计及技术指标  32-33
    3.1.1 总体方案设计  32
    3.1.2 技术指标  32-33
  3.2 温度传感器的选择  33-35
    3.2.1 常用温度传感器的介绍  33-34
    3.2.2 温度传感器的主要参数  34
    3.2.3 温度传感器的选择  34-35
  3.3 控制器的硬件电路设计  35-44
    3.3.1 单片机的选择与电路设计  35-36
    3.3.2 测温电路与差分放大电路  36-39
    3.3.3 键盘电路  39-40
    3.3.4 显示电路  40-43
    3.3.5 固态继电器接口电路  43-44
  3.4 本章小结  44-45
第4章 控制器软件设计与实现  45-55
  4.1 软件总体结构  45-46
  4.2 软件设计思路  46-47
  4.3 系统管理程序  47
  4.4 功能模块设计  47-54
    4.4.1 中断判别子程序设计  47-50
    4.4.2 温度测量子程序设计  50-51
    4.4.3 LED显示子程序设计  51-52
    4.4.4 控制子程序  52-54
  4.5 本章小结  54-55
第5章 系统调试及不确定度分析  55-61
  5.1 控制器的温度标定  55-56
  5.2 系统的调试  56-57
    5.2.1 信号的获取和放大  56-57
    5.2.2 CPU外围器件的试验  57
    5.2.3 A/D转换试验  57
  5.3 控制实验结果  57-59
  5.4 不确定度分析  59-60
    5.4.1 误差来源  59
    5.4.2 不确定度分析  59-60
  5.5 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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