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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
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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的模糊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。
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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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