恒溫恒濕培養(yǎng)箱智能控制系統(tǒng)設計總結

本課題開發(fā)與研究的是恒溫恒濕培養(yǎng)箱智能控制系統(tǒng)，核心任務是恒溫恒濕箱體的溫濕度控制系統(tǒng)的算法研究與設計。在對恒溫恒濕控制系統(tǒng)的國內外發(fā)展現(xiàn)狀及需求的調研的基礎上，分析培養(yǎng)箱自身特有的控制特性，如生物培養(yǎng)對溫度超調敏感，控制過程具有不對稱性，滯后時間與溫度有關，濕度的波動影響溫度恒定，系統(tǒng)易受干擾等。

模糊控制利用人類專家控制經驗，對于復雜對象的控制顯示了魯棒性好、控制性能高的優(yōu)點，但也有穩(wěn)態(tài)效果差的缺點。而恒溫恒濕培養(yǎng)箱對溫度的要求均比較高，既要無超調，又要穩(wěn)態(tài)精度高，實際運行又受濕度波動的影響，所以對溫度的控制采樣模糊控制與PID控制相結合的方式，充分利用了模糊控制的動態(tài)優(yōu)勢和PID控制的穩(wěn)態(tài)優(yōu)勢。實際工作中對濕度的超調和波動不太敏感，所以基本的模糊控制方法就可完全滿足需求。

在硬件設計中，首先設計控制系統(tǒng)的整體架構，然后對溫度控制系統(tǒng)和濕度控制系統(tǒng)的各模塊分別進行器件選型及電路設計，主要由六個模塊組成：傳感器檢測部分、控制部分、被控對象、人機交互系統(tǒng)、單片機和電源。其功能主要包括按鍵、顯示、聲光報警、恒溫控制、恒濕控制和數(shù)據(jù)存儲下載。市電為控制系統(tǒng)的主要供電方式。為提高恒溫恒濕培養(yǎng)箱的可靠性和實用性，本課題提出一種配備后備電源的硬件方案，由鎳氫充電電池串聯(lián)組成，保障監(jiān)測電路的工作，對主電源掉電后24h內的實時直觀監(jiān)測。在軟件設計中，主要實現(xiàn)采樣、顯示、定時、中斷、控制、數(shù)據(jù)存儲通信等基本功能。

對算法的實現(xiàn)，本文選擇模糊控制為基本控制算法，并借助Matlab設計實現(xiàn)，在Simulink仿真環(huán)境中設計仿真系統(tǒng)逼近實際系統(tǒng)的調控，然后結合實踐提出了一種將PID與在線插值模糊控制相結合的控制算法，兼顧了模糊控制和PID控制的優(yōu)點，動態(tài)和穩(wěn)態(tài)效果均理想，具有很好的實用價值。通過對不同控制策略的實驗對比研究和數(shù)據(jù)分析，該控制系統(tǒng)方案合理，可靠性高，實用性強，調試方便，完全滿足實驗室恒溫恒濕培養(yǎng)箱的需求，有利于節(jié)約成本、提高熱效率、降低能耗和改善實驗條件，且安裝使用方便，適合在生物醫(yī)學實驗室使用和推廣。

本文設計的恒溫恒濕智能控制系統(tǒng)已基本完成，但還有一些應用研究需要更進一步開展下去：

(1)在封閉箱體內，溫濕度耦合是一個很復雜的問題，如果恒溫系統(tǒng)和恒濕系統(tǒng)的精度要求均很高，那么溫濕度解耦是首先要解決的重要課題。

(2)找到一套合適的模糊規(guī)則及隸屬函數(shù)比較困難，目前完全憑經驗獲得，將神經網(wǎng)絡引入控制系統(tǒng)是一種很好的解決方案，今后亟待深入研究和推廣。http://www.bjzazl.cn