高精度恒温箱温度控制理论研究与系统设计

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1、高精度恒温箱温度控制理论研究与系统设计摘要高精度温度控制对于现代精密测量系统来说具有基础性的重要地位，为此研究一种有效的高精度温度控制系统就具有重大意义。现在一般是使用恒温箱或恒温室为精密仪器提供恒温环境，但是由于其所采用的控制算法不能满足精度要求，所咀必须在深入学习现有控制算法的基础上，研究出新的有效的控制策略。本文中主要以PID算法为主要研究对象，为克服PID算法适应能力弱的缺点，结合模糊理论研究了一种基于模糊推理的自适应PID控制算法。文中利用Matlab对不同的控制算法进行了仿真实验，发现基本PID控制最大的缺点就是控制器参数不能随被控

2、对象的改变而改变，因此不能满足在高精度控制领域中时变系统的控制精度要求；而模糊控制以其鲁棒性强，对参数变化不敏感等优点已经在多个领域有着广泛的应用。为此将模糊推理引入到PID控制策略中，仿真试验证明基于模糊推理的自适应PID控制算法提高了传统PID算法的适应能力及控制精度。另外结合项目要求进行了恒温箱的机械结构部分和测量控制部分软硬件的设计。经过机械结构设计使恒温箱内的空气流动变为活塞式气流，保证了恒温箱工作区域内温度场的均匀性。同时结合Labview和Matlab软件，编写出恒温箱温度测量控制软件。编程中使用了Labview的ActiveX技

3、术调用Matlab的脚本节点，利用Matlab强大的数据处理和控制系统工具箱实现了在Labview中对恒温箱进行高级算法控制的目的。最后针对已建立恒温箱系统利用不同的控制策略进行了实验研究。通过对实验数据的研究和分析表明恒温箱内温度的控制稳定性小于0．05℃，证明本文中所使用的模糊自适应PID控制算法和恒温箱系统设计的合理性和有效性。关键词：恒温控制PID模糊自适应PID模糊控制LabviewMatlabTheResearchoftheHigh-PrecisionControlTheoryandtheSystemDesignofConstant

4、TemperatureBoxhighprecisiontemperaturecontrolisveryimportantinthemodernprecisionmeasurementsystem；therefore，theresearchofhighprecisiontemperaturecontrolmakeslotsofsense．Butthenormalcontroltacticscannotsufficethedemand，SOthenewtacticsmustbestudiedontheexitingones．PIDcontrolar

5、ithmeticisthemainresearchobjectinthisthesis．TogetoverthePID’Sshortcoming，thestudyofthefuzzyself-adaptingcontrolarithmeticisdone．BytheMatlabsimulation，themaindisadvantageofthePIDarithmeticisfound，whichistheparameterofPIDcontrollercannotadaptthevarietyofobject．Sothecontrolprec

6、isionislimitedwhentheobjectistime—variational．Thefuzzycontroltheoryisappliedinmanyfieldsbecauseofitsrobustnessandinsensitivity．Thereforethetwoarithmeticarecombinedtobeafuzzyself-adaptingcontrolarithmetic，whichisprovedbytheemulatorthatcanimprovethenormalPID’Sadaptabilityandpr

7、ecision．mechanicalstructureoftheboxisdesignedandtheprogramofthetemperaturemeasurementandcontroliscompiledaccordingtothedemandoftheproject．Bythemechanicaldesign，theairintheboxturntobeapistondistribution，whichmakesthetemperature’Sequalityisimproved．Theprogramiscombinedthestron

8、gpointofMatlabandLabview,whichusestheMatlabscriptintheLabviewtoimprovetheab