空间辐射生物学实验装置的温控系统设计研究

论文摘要

本课题是针对空间辐射生物学实验装置中生命保障所需的温控问题而开展的研究。空间辐射生物学实验源自国家“十一五”民用航天返回式科学实验卫星项目“空间辐射对基因的作用与遗传效应的研究”。文中重点讨论了在卫星的有限资源条件下,采用主动与被动控制相结合方式解决多温区温度控制的方案,分析了该方案的可行性。通过对多种控制算法的比较,选用采用数字PID的增量式算法作为主动温控算法;采用最小二乘法和F-Test定阶法,建立系统的数学模型,整定系统参数,设计出主动温度控制器,实现细胞培养箱内精确温控的目的;利用Icepak热模型仿真软件,建立果蝇培养箱的传热模型,通过仿真计算出果蝇培养箱内的温度分布,验证了被动控制方案的可行性,并通过仿真得到有意义的结论来对果蝇培养箱的结构设计进行指导。此外本文还介绍PID控制算法的软件设计及系统硬件部分电路设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章. 引言
• 1.1 课题概述
• 1.2 研究意义
• 1.3 国外发展情况
• 1.4 国内发展情况
• 第二章.主动控制器设计与验证
• 2.1 控制方式
• 2.2 辨识算法的选择
• 2.2.1 最小二乘法
• 2.2.2 统计F 检验定阶法
• 2.2.3 模型检验与仿真
• 2.3 参数的整定
• 2.4 细胞培养箱的PID 控制结果验证
• 第三章.控制系统设计
• 3.1 实验装置的组成与工作原理
• 3.2 电子学单元
• 3.2.1 电子学单元的组成
• 3.2.2 温度传感器
• 3.2.3 斩波式开关电源
• 3.2.4 继电器
• 3.2.5 执行器设计
• 3.2.6 电机驱动器设计
• 3.2.7 其他检测电路
• 3.2.8 实际电路板
• 3.3 软件设计
• 3.3.1 软件功能分析
• 3.3.2 详细设计
• 第四章.传热模型的仿真
• 4.1 Icepak 软件简介
• 4.2 模型的建立
• 4.3 仿真结果与分析
• 第五章 结论
• 参考文献
• 已发表文章
• 附录
• 致谢