飞机地面空调车温度控制器设计与实现

论文摘要

飞机地面空调车温度控制器工作在复杂的外界环境中,外界环境的不确定性和时变性以及工作模型难以确定等因素对温度调节都有影响。应用常规的PID控制方法响应时间慢,抗干扰性和稳定性难以满足控制要求。在常规PID控制理论的基础上,本文重点研究了模糊控制理论,引入变论域思想,将三者结合起来,形成变论域模糊PID控制算法。此算法兼有三者的优点,变论域思想可以提高模糊推理的精度,模糊控制可以弥补系统工作数学模型不精确的缺点并对PID参数进行在线调节。经过这样的改进,算法的适应性和稳定性得到了很大提高,应用在不断变化的对象中控制效果较为理想。应用Matlab软件工具,对常规PID控制算法、积分分离PID控制算法、模糊PID控制算法和本文提出的变论域模糊PID控制算法分别进行了实验仿真,仿真结果表明本文提出的这种方法控制效果均优于其他三种控制方法,在系统的动态性能、稳态精度和鲁棒性上均有明显的改善。本文还研究、完成了飞机地面空调车温度控制器的硬件设计。根据飞机地面空调车温度控制器的要求,采用高性能、低功耗ARM处理器STM32F103作为温度控制系统的微处理器。输入信号经过调理电路后作为微控制器的输入,微控制器根据输入信号进行算法计算,算法的输出值经过信号转换作为空调车输出控制量。温度控制器能够根据人工设定的温度迅速调节出口风温使之达到设定温度,并可以实时显示出口供风温度的变化情况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 研究现状及趋势
• 1.2.1 飞机空调车国内外研究现状和发展趋势
• 1.2.2 温度控制技术的研究现状
• 1.3 本文研究主要内容
• 第2章 控制算法基础理论
• 2.1 PID 控制原理
• 2.1.1 引言
• 2.1.2 经典PID 控制原理
• 2.1.3 数字PID 控制原理
• 2.2 积分分离PID 控制原理
• 2.3 模糊控制原理
• 2.3.1 模糊数学基础
• 2.3.2 模糊控制基本原理
• 2.4 模糊控制器设计
• 2.4.1 模糊控制器输入输出变量
• 2.4.2 模糊控制规则设计
• 2.4.3 模糊化和解模糊化
• 2.4.4 确定模糊控制器参数
• 2.4.5 模糊控制程序设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 变论域模糊 PID 控制算法设计与仿真
• 3.1 模糊自适应PID 控制
• 3.1.1 模糊自适应PID 控制基本原理
• 3.1.2 输入输出量模糊化
• 3.1.3 模糊控制规则建立
• 3.1.4 模糊推理和模糊判决
• 3.2 变论域原理
• 3.2.1 变论域思想和伸缩因子概念
• 3.2.2 变论域概念
• 3.2.3 规范化因子与变论域的关系
• 3.2.4 比例因子和量化因子与规范化因子关系
• 3.3 变论域模糊PID 控制器设计
• 3.3.1 伸缩因子确定
• 3.3.2 变论域模糊PID 控制设计
• 3.4 算法的仿真验证
• 3.4.1 常规PID 控制仿真
• 3.4.2 积分分离PID 控制仿真
• 3.4.3 模糊PID 控制仿真
• 3.4.4 变论域模糊PID 控制仿真
• 3.5 算法的抗干扰性仿真
• 3.6 本章小结
• 第4章 温度控制器设计与实现
• 4.1 系统方案设计
• 4.2 系统的硬件设计
• 4.3 算法实现
• 4.4 本章小结
• 结论
• 附录1 控制器硬件电路原理图
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文