研究生開(kāi)題報(bào)告基于分布式控制的精密溫控系統(tǒng)研究

1、基于分布式控制的精密溫控系統(tǒng)研究,,,,,,姓名：XXX導(dǎo)師：XXX專業(yè)：XXXXXXXX2015年12月25日,,1.我想做的,3.已經(jīng)做的,2.大家做的,4.將要做的,目錄,,1.我想做的,3.已經(jīng)做的,2.大家做的,4.將要做的,目錄,1.我想做的①論文選題的意義②研究目標(biāo)③研究?jī)?nèi)容④可行性,①論文的選題的意義,溫度在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中都是一個(gè)極其普遍又非常重要的物理量，它直接影響著我們生活的

2、品質(zhì)、生產(chǎn)的安全、設(shè)備的性能、測(cè)量的精度和產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，對(duì)溫度進(jìn)行控制使其符合人們的期望顯得尤為重要。,,,日常生活,工業(yè)生產(chǎn),,科學(xué)研究,①論文選題的意義,目前常用的溫控裝置主流技術(shù)仍為SISO（單輸入單輸出）控制，系統(tǒng)通過(guò)單點(diǎn)熱源單向加熱或制冷緩慢靠近預(yù)定的溫度，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)，可控性差，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代高精度測(cè)量對(duì)溫控精度與速度的要求。,,,①論文的選題的意義,,,,,,,調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng),可控性差,穩(wěn)定速度快,控制精

3、度高,SISO,MIMO,一階慣性環(huán)節(jié)一般在40min左右,溫度場(chǎng)均勻,多點(diǎn)同時(shí)工作,單點(diǎn)單向熱源,②研究目標(biāo),溫控范圍,溫控精度,調(diào)節(jié)時(shí)間,空間內(nèi)以多元的溫度傳感器、Peltier、MCU構(gòu)成基于現(xiàn)代控制原理的MIMO閉環(huán)控制系統(tǒng)，運(yùn)用分布式控制思想，將多個(gè)SISO溫控通道解耦后有效結(jié)合起來(lái)，協(xié)同控制恒溫箱內(nèi)溫度場(chǎng)快速均勻的變化，改進(jìn)傳統(tǒng)SISO溫控系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)、穩(wěn)定精度低的不足，實(shí)現(xiàn)溫控速度與精度的結(jié)合，研制出一款能夠?qū)崿F(xiàn)快速穩(wěn)定

4、的分布式精密溫控系統(tǒng)原理樣機(jī)。,原理樣機(jī)技術(shù)指標(biāo),,,溫度的采集,采集控制區(qū)域的實(shí)時(shí)溫度,溫度的控制,溫控系統(tǒng)的各種控制算法,溫控執(zhí)行器,加熱或制冷的執(zhí)行器件,③研究?jī)?nèi)容,溫控系統(tǒng),③研究?jī)?nèi)容,,1)溫控系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì),,2)溫控系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì),,3)恒溫箱機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),,4)溫控系統(tǒng)的試驗(yàn)驗(yàn)證與精度分析,,,溫度采集硬件電路的設(shè)計(jì),溫度傳感器的標(biāo)定,,下位機(jī)軟件：分布式類模糊PID控制算法,,上位機(jī)軟件：LabVIE

5、W監(jiān)控界面,,空間溫度梯度場(chǎng)建模,,空間內(nèi)peltier數(shù)量與分布方式的確定,,穩(wěn)定時(shí)間與控制精度分析,,根據(jù)溫度變化曲線與數(shù)據(jù)優(yōu)化算法,④可行性,本課題所設(shè)計(jì)的基于分布式控制的精密溫控系統(tǒng)目標(biāo)明確，思路清晰，所涉及的軟硬件和控制技術(shù)都已經(jīng)比較成熟，因此說(shuō)本文所研究的內(nèi)容切實(shí)可行。,0,2,1,3,,Peltier是電流換能型器件，可實(shí)現(xiàn)快速精確的溫度控制，再加上溫度檢測(cè)和控制手段，很容易實(shí)現(xiàn)遙控、程控、計(jì)算機(jī)控制，便于組成自動(dòng)控制系統(tǒng)

6、。,PID控制和模糊控制算法已經(jīng)廣泛運(yùn)用于各種溫度控制系統(tǒng)，并取得了不錯(cuò)的控制效果。,雖然MIMO溫度控制系統(tǒng)會(huì)帶來(lái)各輸出之間的相互干擾，但是如果運(yùn)用分布式控制方法，充分考慮各通道的耦合作用，可大大降低半導(dǎo)體制冷器的相互影響而凸顯分布式協(xié)同控制的優(yōu)越性能。,,,,,,,1.我想做的,3.已經(jīng)做的,2.大家做的,4.將要做的,目錄,,1.我想做的,3.已經(jīng)做的,2.大家做的,4.將要做的,目錄,2.大家做的①溫度測(cè)量研究現(xiàn)狀②溫控算法

7、研究現(xiàn)狀③溫控系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀④部分參考文獻(xiàn),①溫度測(cè)量研究現(xiàn)狀,溫度傳感器,1)熱膨脹式溫度傳感器2)電阻式溫度傳感器3)熱電偶,測(cè)量精度,1)薛清華，16通道VME總線溫度測(cè)量板卡，精度0.005℃2)鄭澤祥，四線制鉑電阻Pt100高精度溫度測(cè)量系統(tǒng)，精度0.03℃3)日本，石英溫度頻率轉(zhuǎn)換器，最大分辨率0.0001℃4)美國(guó) Hart，級(jí)電阻溫度測(cè)量?jī)x 1590，精度0.000125℃,其他測(cè)溫技術(shù),1)熱輻射（紅外）溫度

8、檢測(cè)技術(shù)2)聲學(xué)測(cè)溫技術(shù)3)光纖溫度檢測(cè)技術(shù)4)激光溫度檢測(cè)技術(shù)5)微波測(cè)溫技術(shù),②溫控算法研究現(xiàn)狀,,,,,③溫控系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀,④部分參考文獻(xiàn),[1]袁梅，張利軍，董韶鵬.基于半導(dǎo)體制冷器件的溫度控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)發(fā)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010,27(12)[2]金剛善.太陽(yáng)能半導(dǎo)體制冷/制熱系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究[D].北京：清華大學(xué)，2004[3]秦海濤，薛晨陽(yáng)，秦麗等.半導(dǎo)體制冷溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及誤差分析[J].儀表技術(shù)與傳感

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14、, 2015, 17(1),,1.我想做的,3.已經(jīng)做的,2.大家做的,4.將要做的,目錄,,1.我想做的,3.已經(jīng)做的,2.大家做的,4.將要做的,目錄,3.已經(jīng)做的①多通道溫度采集②溫度數(shù)據(jù)的提取分析③溫度傳感器的標(biāo)定,①多通道溫度采集,①多通道溫度采集,,,,12.7-12.8室外六通道溫度采存,11.19-26室內(nèi)七通道溫度采存,11.25兩傳感器從室外拿到室內(nèi),,,②溫度數(shù)據(jù)的提取分析,提取溫度數(shù)據(jù)

15、,③溫度傳感器的標(biāo)定,,1.我想做的,3.已經(jīng)做的,2.大家做的,4.將要做的,目錄,,1.我想做的,3.已經(jīng)做的,2.大家做的,4.將要做的,目錄,4.將要做的①擬研究解決的關(guān)鍵問(wèn)題②技術(shù)路線與實(shí)驗(yàn)方案③可能的創(chuàng)新之處④論文工作計(jì)劃,①擬研究解決的關(guān)鍵問(wèn)題,溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì),整個(gè)硬件電路關(guān)鍵部分就是實(shí)現(xiàn)基于MCU的溫度采集，將溫度傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)進(jìn)行處理，計(jì)算出實(shí)時(shí)溫度，然后才能根據(jù)實(shí)時(shí)溫度與目標(biāo)溫度的差值進(jìn)行后

16、續(xù)的溫度控制。,溫度場(chǎng)的分析與建模,分布式控制思想的實(shí)現(xiàn),從傳熱學(xué)的角度可知，熱能的傳遞是無(wú)法避免的。要實(shí)現(xiàn)溫度的精確控制，必須對(duì)空間溫度梯度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，確定試驗(yàn)箱空間的溫度梯度場(chǎng)。,由于各半導(dǎo)體制冷器相互之間存在的耦合作用，會(huì)對(duì)系統(tǒng)各通道的控制造成一定的干擾，要想實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)的良好的控制效果，關(guān)鍵在于充分考慮各Peltier的相互影響，確保系統(tǒng)各測(cè)控節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作，共同控制溫箱內(nèi)溫度場(chǎng)的快速均勻變化。,②技術(shù)路線與實(shí)驗(yàn)方案,,首

17、先設(shè)計(jì)并搭建基于MCU的溫度采集硬件系統(tǒng)，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)對(duì)溫度傳感器進(jìn)行標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)溫度的高精度測(cè)量。,,,然后進(jìn)行溫度梯度場(chǎng)的分析建模和模糊自整定PID控制算法的設(shè)計(jì)與仿真,構(gòu)造基于單個(gè)Peltier的SISO閉環(huán)控制系統(tǒng)。,,最后運(yùn)用分布式控制思想，充分考慮各SISO溫控系統(tǒng)相互之間的耦合作用后有效整合為MIMO控制系統(tǒng)，搭建基于分布式控制的精密溫控系統(tǒng)原理樣機(jī)。,③可能的創(chuàng)新之處,,,,一般的溫控系統(tǒng)采用機(jī)械式制冷，本課題將半導(dǎo)體制

18、冷技術(shù)運(yùn)用到溫度控制當(dāng)中，解決了機(jī)械式制冷設(shè)備體積大、噪音高等問(wèn)題，還能大大降低成本、減少污染，方便地組成自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫度的高精度控制。,常規(guī)的溫控系統(tǒng)是基于單點(diǎn)熱源的SISO閉環(huán)系統(tǒng)，只能保證局部的溫控精度要求。本課題采用分布式控制思想，利用多元測(cè)量器件和執(zhí)行器構(gòu)成MIMO閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)Peltier的協(xié)同工作，使溫度控制更加精準(zhǔn)，反應(yīng)更加迅速，整個(gè)恒溫空間均能保證較高的溫控精度要求。,④論文工作計(jì)劃,,2015.12~