毫米波辐射计恒温控制系统设计

论文摘要

本文基于项目的实际需求,对便携式辐射计测量系统的恒温箱进行了研究,完成了恒温系统的仿真、设计和调试工作,帮助辐射计测量系统提高在野外工作的稳定性。论文完成了如下的几方面工作:在系统控制算法方面,本文详细地阐述了传统PID算法与模糊控制算法,讨论了PID参数选择和完整的模糊推理系统的建立。针对本项目的需要,讨论了模糊控制与PID控制结合的途径。在温度传感设计方面,本文选择了由德国Heraeus公司生产的PT100铂电阻—HD421H作为温度传感器,设计了温度传感电路,分析了铂电阻的非线性,采用线性逼近法减小由铂电阻的非线性引起的误差;采用三点标定法通过实验标定了传感电路输出的电压所对应的温度值。在控制与加热电路设计方面,设计了以AT89C52为主控芯片的控制系统和以SG2525为PWM产生电路的加热电路。通过A/D采样获得温度传感信号,并把控制量通过数字电位器ISL90810传送到PWM芯片SG2525上,达到调节占空比实现PWM加热控制的目的。文中推导了PWM占空比大小与输入控制量的关系式,计算出系统输出控制量的量程。在仿真方面,利用Matlab的Simlink,建立系统传递函数,仿真两种传统PID及模糊PID的控制性能,并模拟实际工作环境,通过模糊PID仿真,建立合理的控制状态表。在软件设计方面,依据仿真结果采用模糊PID算法设计了MCU的控制软件;并在VC++6.0的编译环境下,编写了上位机控制软件,通过RS232接口实现了温度设置、温度间断和实时查询、采样时刻设置等功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 应用背景
• 1.2 温控的理论现状和选用
• 1.3 本文的主要内容与结构
• 2 系统控制理论
• 2.1 引言
• 2.2 PID控制
• 2.2.1 数字PID控制
• 2.2.2 部分改进的PID算法
• 2.2.3 PID参数的选择
• 2.3 模糊理论
• 2.3.1 模糊集合与隶属度函数的选择
• 2.3.2 模糊逻辑与模糊推理
• 2.3.3 模糊控制的原理与结构
• 2.4 模糊PID控制器
• 3 温度传感电路设计
• 3.1 引言
• 3.2 传感电路设计
• 3.2.1 惠斯登电桥电路及电压基准源分析
• 3.2.2 传感信号的放大设计
• 3.3 电路参数的选择和铂电阻测温的非线性问题
• 3.4 采集误差分析
• 4 控制与加热电路的设计
• 4.1 引言
• 4.2 控制与加热电路的设计框图
• 4.3 A/D采样过程分析及电路设计
• 4.4 PWM加热电路设计及占空比计算
• 4.4.1 PWM加热过程分析
• 4.4.2 控制量输出电路设计
• 4.4.3 基于SG2525的PWM调制电路设计
• 4.4.4 SG2525工作过程及占空比计算
• 4.4.5 加热电路的设计
• 4.5 RS232电路和显示电路的设计
• 4.6 硬件的抗干扰设计
• 5 系统建摸与仿真
• 5.1 引言
• 5.2 系统控制过程及控制性能分析
• 5.3 系统模型
• 5.4 系统传递函数的确定
• 5.5 位置式和增量式PID仿真
• 5.5.1 位置式PID仿真
• 5.5.2 增量式PID仿真
• 5.6 模糊PID仿真
• 5.6.1 系统隶属度函数的建立
• 5.6.2 设计模糊控制表及仿真效果图
• 5.7 离散状态的模糊参数求解过程
• 6 软件设计
• 6.1 MCU软件总体流程图
• 6.2 MCU的模块设计
• 6.2.1 A/D采样程序设计
• 6.2.2 LCD显示程序设计
• 6.2.3 模糊PID程序设计
• 6.3 上位机软件的设计
• 7 实验
• 7.1 传感信号的测量与标定
• 7.2 恒温测试
• 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录 A
• A.1 系统原理图
• 附录 B
• B.1 铂电阻HD421实物图
• B.2 传感器实物图
• B.3 系统控制电路实物图
• B.4 加热控制电路实物图