医用恒温箱控制(答辩用)

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1、目录《过程控制》课程设计任务21设计任务32PID控制方案设计32.1.2提取模型选择控制方法32.1.3控制方案的研究42.2PTD控制方法42.2.1PID控制的基本理论42.2.2设计PID控制器时的注意事项62.2.3经验PID控制方法及其仿真曲线62.2.4对PID控制仿真曲线的分析103.单片机硬件实现方案114.1整体方案选择114.1.1温度采集、DA转换114.1.2单片机选择144.1.3驱动和功率放大电路的选择155感受与体会15《过程控制》课程设计任务自动化高世青尹招然巩玉雷刘涛班级指导教师0802103冯乃章题H医用恒温箱的温度控制设计时间2011年11刀28口至2

2、011年12刀4日共1周温度控制在医学检测屮具有重要的意义，过高或者过低的温度都会导致最后检测结果的不准确，影响对病人身体状况的判断，延误病人的治疗，甚至发生事故。恒温箱及其温度控制系统框图如下图所示。Ia/dJ温度控制器功率变换电路-~~IA/D

3、毎电机控制伯号」驱动电路1A/D卜j—1'U检加二温度传感器液样■■■■■■■■载物台誨o温度传感器温度传述器恒温箱及其温度控制系统框图箱体由以下几部分组成：(1)箱体的两侧壁是散热良好的铝板(2)具有发热为制冷功能设计要求的帕尔帖，紧贴于两铝板外侧，用于给箱体提供热能或制冷(3)分别帖于两铝板外侧的温度传感器(4)箱体壁上有一门，使载物台可以在

4、电机驱动下行走出箱体，以取液样(5)电动机驱动载物台进行二维运动(6)箱体小央的温度传感器检测箱体内部温度(7)箱体顶部检测头可伸缩，以检测载物台各小容器内液体。帕尔帖通过功率变换电路受控于温度控制器，当电流正向流过帕尔帖，帕尔帖在靠近箱体壁的一面发热，当电流反向流过吋制冷，电流越大传递热流越大。控制热流的大小和方向，实现对箱体温度的控制。温度是表征物体内部分了热运动活跃程度的一个物理量，说明温度的变化实际上就是能量的获得和损失过程，所以温度不会冇较大的跳跃性变化，控制对彖是一阶纯滞后的对象，设被控对象的传递函数为G(5)=—-——15$+1试用PID控制方法实现对医用恒温箱的温度控制。要求

5、：1、采用常规的P1D控制方法；2、系统超调小、时间短、无静差，给出控制策略，说明参数整定过程：3、给出MATLAB下的SIMULINK框图和仿真曲线；4、给出单片机的破件实现方案(检测、控制回路芯片型号，从集成度、成本说明选择理由)。指导教师签字:系(教研室)主任签字:年刀FI1设计任务温度控制在医学检测屮具有重要的意义，过高或者过低的温度都会导致最后检测结果的不准确，影响医生对病人身体状况的判断，得到错误的结论，延误病人的治疗，甚至发生医疗事故。温控恒温箱箱体由以下几部分组成：（1）箱体的两侧壁是散热良好的铝板；（2）具有发热与制冷功能的帕尔帖（peltier）,紧贴于两铝板外侧，用于给

6、箱体提供热能或对箱体进行制冷；（3）分別帖于两铝板外侧的温度传感器；（4）箱体壁上有一门，使载物台可以在电机驱动下行走出箱体，以取液样；（5）电动机驱动载物台进行二维运动；（6）箱体屮央的温度传感器检测箱体内部温度；（7）箱体顶部检测头可伸缩，以检测载物台上各小容器内的液体。帕尔帖通过功率变换电路受控于温度控制器，当电流正向流过帕尔帖时，帕尔帖在靠近箱体壁的一面发热，当电流反向流过帕尔帖吋在靠近箱体壁的一面制冷，而且电流越大传递的热流越大，以此控制热流的大小和方向，实现对箱体温度的控制。通过热力学的研究可知，温度是表征物体内部分子热运动活跃程度的一个物理量，即说明温度的变化过程实际上就是能量

7、的获得和损失过程，所以温度不会有较大的跳跃性变化，因此恒温箱的温度控制对象是一阶纯滞后的对象，假设被控对象的传递函数为G（s）二3严155+1试用PID控制方法实现对医用恒温箱的温度控制。2PID控制方案设计采用PID控制方法，并利用单片机硬件屯路实现，在PID控制方面，采Ziegler-Nichols（齐格勒一尼柯尔斯）法整定参数（口衡对彖0=0.75）、科恩-库恩法整定参数、采用稳定边界法（临界比例带法）整定参数三种整定方式进行整定。2.1.2提取模型选择控制方法根据所查到的资料，从理论分析和试验结來上看，加热装置是一•个具有自平衡能力的对象，可用二阶系统纯滞后环节來描述，而二阶系统通过

8、参数辨识可以降为一阶模型。因而一般可用一阶惯性滞后环节来描述温控对象的数学模型。恒温箱的温度控制系统是常见的确定性系统，采用飞升曲线测屋方法，测出恒温箱温度控制系统的飞升1111线，即可得到控制对象的数学模型。图2-2温度飞升曲线所以恒温箱温度控制系统的传递函数可由式3严155+1(2-1)來表示。K——对象的静态增益；T——对彖的吋间常数；r——対象的纯滞后时间。2.1.3控制方案的研究通过对恒温箱的结构和