研究生开题报告基于分布式控制的精密温控系统研究

1、基于分布式控制的精密 温控系统研究,姓名：XXX 导师：XXX 专业：XXXXXXXX 2015年12月25日,1.我想做的,3.已经做的,2.大家做的,4.将要做的,目录,1.我想做的,3.已经做的,2.大家做的,4.将要做的,目录,1.我想做的 论文选题的意义 研究目标 研究内容 可行性,论文的选题的意义,温度在日常生活、工业 生产和科学研究中都是一个 极其普遍又非常重要的物理 量，它直接影响着我们生活 的品质、生产的安全、设备 的性能、测量的精度和产品 的质量。因此，对温度进行 控制使其符合人们的期望显 得尤为重要。,日常 生活,工业 生产,科学 研究,论文选题的意义,目前常用的温控装置

2、主流技术仍为SISO（单输入单输出）控制，系统通过单点热源单向加热或制冷缓慢靠近预定的温度，系统调节时间长，可控性差，远远不能满足现代高精度测量对温控精度与速度的要求。,论文的选题的意义,调节时间长,可控性差,稳定速度快,控制精度高,SISO,MIMO,一阶惯性环节一般在40min左右,温度场均匀,多点同时工作,单点单向热源,研究目标,温控范围,温控精度,调节时间,空间内以多元的温度传感器、Peltier、MCU构成基于现代控制原理的MIMO闭环控制系统，运用分布式控制思想，将多个SISO温控通道解耦后有效结合起来，协同控制恒温箱内温度场快速均匀的变化，改进传统SISO温控系统调节时间长、稳定

3、精度低的不足，实现温控速度与精度的结合，研制出一款能够实现快速稳定的分布式精密温控系统原理样机。,原理样机技术指标,温度的采集,采集控制区域 的实时温度,温度的控制,温控系统的 各种控制算法,温控执行器,加热或制冷 的执行器件,研究内容,温控 系统,研究内容,1)温控系统硬件部分的设计,2)温控系统软件部分的设计,3)恒温箱机械结构的设计,4)温控系统的试验验证与精度分析,温度采集硬件电路的设计,温度传感器的标定,下位机软件：分布式类模糊PID控制算法,上位机软件：LabVIEW监控界面,空间温度梯度场建模,空间内peltier数量与分布方式的确定,稳定时间与控制精度分析,根据温度变化曲线与数

4、据优化算法,可行性,本课题所设计的基于分布式控制的精密温控系统目标明确，思路清晰，所涉及的软硬件和控制技术都已经比较成熟，因此说本文所研究的内容切实可行。,0,2,1,3,Peltier是电流换能型器件，可实现快速精确的温度控制，再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制，便于组成自动控制系统。,PID控制和模糊控制算法已经广泛运用于各种温度控制系统，并取得了不错的控制效果。,虽然MIMO温度控制系统会带来各输出之间的相互干扰，但是如果运用分布式控制方法，充分考虑各通道的耦合作用，可大大降低半导体制冷器的相互影响而凸显分布式协同控制的优越性能。,1.我想做的,3.已经做的,2.

5、大家做的,4.将要做的,目录,1.我想做的,3.已经做的,2.大家做的,4.将要做的,目录,2.大家做的 温度测量研究现状 温控算法研究现状 温控系统应用现状 部分参考文献,温度测量研究现状,温度传感器,1)热膨胀式温度传感器2)电阻式温度传感器 3)热电偶,测量精度,1)薛清华，16通道VME总线温度测量板卡，精度0.005 2)郑泽祥，四线制铂电阻Pt100高精度温度测量系统，精度0.03 3)日本，石英温度频率转换器，最大分辨率0.0001 4)美国 Hart，级电阻温度测量仪 1590，精度0.000125,其他测温技术,1)热辐射（红外）温度检测技术 2)声学测温技术 3)光纤温度检

6、测技术 4)激光温度检测技术 5)微波测温技术,温控算法研究现状,温控系统应用现状,部分参考文献,1袁梅，张利军，董韶鹏.基于半导体制冷器件的温度控制实验平台开发J.实验技术与管理，2010,27(12) 2金刚善.太阳能半导体制冷/制热系统的实验研究D.北京：清华大学，2004 3秦海涛，薛晨阳，秦丽等.半导体制冷温控系统的设计及误差分析J.仪表技术与传感器，2007,(1) 4吴扬.半导体温度控制仪的研制D.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2006 5虞璐伊.风冷恒温控制系统分布式测控电路设计与测控信息集成D.北京：清华大学，2010 6华舟萍.太阳能半导体制冷器在卡车驾驶室内的应用研究D.长安：

7、长安大学，2010 7赵培聪，袁广超，陈恩等.半导体制冷片对电子元件降温效果的试验研究J.流体机械，2012,40(3) 8卢菡涵.半导体制冷性能及恒温控制的研究D.太原：太原科技大学，2013 9廖明.智能多点模糊PID温度控制系统D.上海：上海交通大学，2007,1Kaipeng Jin, Haixiao Shan. Application of PID control to temperature control system of material filling towerJ. Journal of Zhengjiang Ocean University, 2000, 20(1 )

8、2 Zhang Lixiang. The boiler steam temperature fuzzy-adaptation PI control systemC.Intelligent Control and Automation, 2000 3CF Juang, JS Chen. Water bath temperature control by a recurrent fuzzy controller and its FPGA implementationJ. IEEE Transactions on Industrial Electronics,2006,53(3) 4CF Juang

9、, CH Hsu, YC Liou.FPGA Implementation Of A Recurrent Neural Fuzzy Network For On-Line Temperature ControlJ.IEEE International Symposium on Circuits & Systems,2005,(4) 5EA Boldbaatar，CM Lin.Self-Learning Fuzzy Sliding-Mode Control for a Water Bath Temperature Control SystemJ.International Journal of

10、Fuzzy Systems,2015,17(1),1.我想做的,3.已经做的,2.大家做的,4.将要做的,目录,1.我想做的,3.已经做的,2.大家做的,4.将要做的,目录,3.已经做的 多通道温度采集 温度数据的提取分析 温度传感器的标定,多通道温度采集,多通道温度采集,12.7-12.8室外六通道温度采存,11.19-26室内七通道温度采存,11.25两传感器从室外拿到室内,温度数据的提取分析,提取温 度数据,温度传感器的标定,1.我想做的,3.已经做的,2.大家做的,4.将要做的,目录,1.我想做的,3.已经做的,2.大家做的,4.将要做的,目录,4.将要做的 拟研究解决的关键问题 技术

11、路线与实验方案 可能的创新之处 论文工作计划,拟研究解决的关键问题,温度采集系统的设计,整个硬件电路关键部分就是实现基于MCU的温度采集，将温度传感器发送的数据上传至上位机进行处理，计算出实时温度，然后才能根据实时温度与目标温度的差值进行后续的温度控制。,温度场的分析与建模,分布式控制思想的实现,从传热学的角度可知，热能的传递是无法避免的。要实现温度的精确控制，必须对空间温度梯度场进行数学建模，确定试验箱空间的温度梯度场。,由于各半导体制冷器相互之间存在的耦合作用，会对系统各通道的控制造成一定的干扰，要想实现系统整体设计的良好的控制效果，关键在于充分考虑各Peltier的相互影响，确保系统各测

12、控节点协同工作，共同控制温箱内温度场的快速均匀变化。,技术路线与实验方案,首先设计并搭建基于MCU的温度采集硬件系统，根据采集的数据对温度传感器进行标定，实现温度的高精度测量。,然后进行温度梯度场的分析建模和模糊自整定PID控制算法的设计与仿真,构造基于单个Peltier的SISO闭环控制系统。,最后运用分布式控制思想，充分考虑各SISO温控系统相互之间的耦合作用后有效整合为MIMO控制系统，搭建基于分布式控制的精密温控系统原理样机。,可能的创新之处,一般的温控系统采用机械式制冷，本课题将半导体制冷技术运用到温度控制当中，解决了机械式制冷设备体积大、噪音高等问题，还能大大降低成本、减少污染，方便地组成自动控制系统，实现温度的高精度控制。,常规的温控系统是基于单点热源的SISO闭环系统，只能保证局部的温控精度要求。本课题采用分布式控制思想，利用多元测量器件和执行器构成MIMO闭环控制系统，实现多个Peltier的协同工作，使温度控制更加精准，反应更加迅速，整个恒温空间均能保证较高的温控精度要求。,论文工作计划,2015.122016