模糊pid视野之循环水温度控制体系研究

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1、模糊PID视野之循环水温度控制体系研究第一章绪论1.1引言温度是工业生产、生活生产中一种常见的控制变量，但是随着科学发展，通信、医疗、测量、生活等技术的进步，对加热及制冷性能要求也不断提高，普通精度的温度控制已经远远不能满足当前高端科技领域的温度控制。在日常生活和工业等领域温度控制具有很好的应用前景，例如高精度控制应用于低温及超低温试验仪器[1]的试验及制作、真空技术中的温度测量、工业中水温的测定及控制、医疗设备中血液及营养液的恒温保存以及电子器件等小环境领域的应用。如果做成低温试验箱可以用来存放动物标本及一些燃点特殊的物品，高精度温度控制系统还

2、可以用来增加记忆金属的反应速度；可以用于半导体元件、无线电元件及金属和非金属材料制造的低温试验；可以来保持一些对温度有特定要求的电子元器件工作在恒温的状态下，从而使这些元器件能够稳定工作并达到最佳性能状态，例如医疗血浆融化恒温器、光电倍增管、微波场效应管、多路通讯机的恒温器、半导体激光器。传统的温度控制主要是通过温度传感器的反馈信息，然后控制系统做出判断，由于存在过大的时间间隔，致使温度控制的精度及误差过大。目前国内的温度控制仪器虽然品种较多，但是国内自主研发的高精度温度控制仪却很少。并且温度控制仪主要应用于家庭电器（冰箱、空调等）和工业制冷（冷

3、库等），高精度温控仪在我国还没有起到应有的作用。因此，研制一种国内拥有知识产权的高精度、高稳定度的温度控制仪迫在眉睫。1.2国内外高精度温控仪的研究现状为了设计出真正的高精度温度控制系统，我们必须了解世界各国对温度控制的研究现状。福禄克电子仪器仪表公司于1948年在美国华盛顿州的埃弗里德市成立，是丹纳赫（Danaher）集团的全资子公司。从公司成立开始福禄克(Fluke)就为电子测试工具的领导者，在温度测试仪器上福禄克公司也具有很强大的竞争力，特别是在收购了雷泰（Raytek）公司之后，福禄克成为世界上非接触红外测温仪的最大生产厂家之一，销量居世

4、界同行业之首，同时由于温控仪器的广泛使用，福禄克公司的产品也遍布各个工业领域。福禄克公司生产的5020A温湿度计为双传感器的图形数据采集/分析器，提供温度和湿度数据的实时和历史显示与分析。满足只有极少数公司才可达到的IEC和CSA安全标准，其特点主要有：世界上最好的精度-温度精确至±0.125oC湿度精确至±1.5%，大LCD显示屏，清晰显示趋势图、统计数值、实时和历史数据，可选的5020A-Ln;0.25oC/±2%RH)和H(±0.125C/±1.5%RH)，IrDA和RS

5、-232接口，可方便地与计算机和打印机进行连接。第二章温度控制原理和方法2.1半导体制冷半导体制冷也被称为热电制冷片（Thermoelectriccooler）[15-16]。其工作原理为：在半导体材料中通入直流电流来引起半导体材料中的热量输送，其作用类似于小型热泵，是一种非常简单而且方便的小型新型制冷器。其外形如图2-1所示，制冷片也称为热电半导体制冷组件，帕尔贴等。制冷片分为两面，一面吸热，一面散热，由于只能起到导热的作用，本身不会产生冷，所以又称为制冷片，或者说称为致冷片。半导体致冷是一种完全由半导体所组成的冷却装置，如图2-2所示是由两种

6、不同的金属导线所组成的封闭线路。当闭合回路中被通上电源之后，冷端的热量会通过半导体被移到热端，热量的转移会导致冷端温度降低，而热端温度升高，这就是著名的帕尔帖效应（Peltiereffect）。然而真正的半导体制冷器1960左右才出现，但是其理论基础可追溯到19世纪。帕尔帖效应最早是在1821年由德国科学家ThomasSeeback首先发现的，然而ThomasSeeback当时做了错误的推论，没能够真正的发现半导体制冷的真正工作原理，没能够真正的理解集中的科学原理。直到1834年，研究这现象的物理学家JeanPeltier才发现背后真正的原因，半

7、导体制冷直到近代随著半导体的不断更新发展才有了实际的应用，也就是半导体制冷器的发明及应用[16]。2.2控制器的发展自上世纪四十年代以来，由于工业的快速发展，同时也带动了新型控制理论的发展，同时传统控制理论也得到了发展，传统控制理论所生产的控制系统也开始大规模的应用于产业化。然而近三十年来，由于军事、航天、工业等控制任务不断的复杂化，传统控制理论经受了前所未有的挑战。鉴于社会发展的不断需求，生产的快速发展也带动了控制理论的飞速发展，在短时间内理论控制就经历了现代控制和大系统微型控制，然而控制理论过度依赖数学模型的建立。在科学技术与生产力高速发展的

8、今天，由于工业生产和生活的需要，人们对大规模微型控制、复杂和不确定性系统实行自动控制的要求不断提高，而传统控制理论就受到了极大的挑战，简