基于ARM的热电空调模糊控制系统研究

论文摘要

热电空调利用半导体热电材料的珀尔帖效应进行制冷或制热，克服传统空调所产生的噪声和环境污染，并且具有体积小、制冷快、性能稳定等优点，在工业、医疗、电子以及制冷技术等领域得到了广泛应用。 在热电空调温度控制策略方面，属于智能控制范畴的模糊控制的显著特性是对所制定的基于控制对象的模糊控制规则进行推理决策以获得适当的控制量，而不依赖于对象模型。因此，本控制系统将模糊控制技术应用于其温度控制系统以实现智能控制的效果。由于模糊控制算法需要对大量数据进行动态计算以实现控制的实时性和稳定性，系统对处理器要求较高，而ARM微控制器LPC2210的应用使热电空调温度模糊控制成为可能。 本文对基于ARM的热电空调温度模糊控制系统进行了研究，依据热电空调的热传导模型及专家经验知识设计了应用于本系统的模糊控制器，并给出了控制规则及量化表。结合医疗气象学的理论方法研究了用以产生“微气候”环境的智能温度调节方法，建立了非线性映射温度调节模型。在MATLAB模型仿真软件Simulink环境下利用系统的各模块建立了整个控制系统的仿真模型，进行了系统的仿真实验，实验结果表明控制效果较好。 在系统建模与仿真的基础上，采用周立功公司研制的EasyARM2200硬件开发体系结构，设计实现了基于DS18820数字温度传感器和SMG240128A液晶显示模块的系统温度采集与显示及基于ARM微控制器芯片LPC2210的系统模糊控制器。依据热电空调制冷对电源的要求，采用Buck变换器的结构设计了系统模糊PWM电路，此电路实现了模糊控制器对电源电压及输出功率的控制，并在PSpice环境下对其进行了电路仿真，实验结果符合系统设计要求。在ARM集成开发环境ADS1.2下，采用C语言设计编写了本系统的控制程序并进行了调试，C语言提高了程序设计的灵活性和移植性。 在系统设计中，利用Simulink仿真模块对控制系统进行了仿真实验，仿真结果表明：与传统的PI控制相比，模糊控制无超调，鲁棒性好及控制稳定性高，同时各部分电路的设计为系统硬件平台的建立提供了支持。最后对整个系统的设计进行了评价，并对热电空调及其温度模糊控制技术存在的问题和后续的研究工作提出了自己的见解。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 热电空调的研究现状
• 1.3 热电空调控制技术的发展状况
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 热电空调的制冷特性及模型
• 2.1 热电制冷的基本原理
• 2.1.1 热电制冷的基本效应
• 2.1.2 热电制冷原理
• 2.2 热电制冷的特性
• 2.3 热电空调的结构模型设计
• 2.3.1 热电制冷器的基本结构
• 2.3.2 热电空调的结构设计
• 2.3.3 热电空调的热平衡方程
• 2.3.4 热电空调热传导模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 热电空调的模糊控制器设计
• 3.1 模糊控制系统及原理
• 3.2 模糊控制器设计的方法研究
• 3.2.1 模糊控制器的结构设计
• 3.2.2 模糊控制器的模糊化方法
• 3.2.3 模糊控制规则及模糊推理
• 3.2.4 模糊控制器的去模糊化方法
• 3.3 热电空调温度模糊控制器模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 控制系统的建模与仿真
• 4.1 系统温度智能调节模型
• 4.1.1 温度智能调节方法
• 4.1.2 非线性映射温度调节模型
• 4.2 系统模糊控制器模型
• 4.3 控制系统建模与仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 控制系统硬件电路设计
• 5.1 ARM微控制芯片LPC2210
• 5.2 系统硬件总体设计
• 5.3 温度采集硬件电路设计
• 5.3.1 单线数字温度传感器
• 5.3.2 传感器件的供电方式
• 5.4 液晶显示硬件接口电路
• 5.5 系统模糊控制电路设计
• 5.5.1 系统PWM脉宽调制器
• 5.5.2 系统电源模糊控制电路
• 5.6 本章小结
• 第六章 控制系统软件设计
• 6.1 集成开发环境ADS
• 6.2 软件设计
• 6.2.1 单线数字温度采集程序设计
• 6.2.2 温度智能调节程序设计
• 6.2.3 温度模糊控制算法设计
• 6.2.4 系统液晶显示程序设计
• 6.3 本章小结
• 第七章 系统实验及分析
• 7.1 系统仿真实验及结果分析
• 7.2 系统温度检测实验及结果分析
• 7.3 系统模糊PWM控制及实验分析
• 7.4 本章小结
• 第八章 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的学术论文
• 致谢