基于模糊控制的空调机的温度控制系统设计

目 录

摘要 ................................................ 错误!未定义书签。

关键词 ............................................................. II

Abstract .......................................................... III

Key words ......................................................... III

1 前言 .............................................................. 1

1.1课题的国内外现状 ................................................. 1

1.2课题的目的及意义 ................................................. 1

1.3本文的主要工作 ................................................... 2

2 温度控制系统硬件实现 .............................................. 3

2.1总体设计 ......................................................... 3

2.2信号采样电路设计 ................................................. 3

2.3 A/D转换电路设计 ................................................. 6

3 温度控制系统软件实现 ............................................. 10

3.1系统初始化程序 .................................................. 10

3.2程序的主循环框架 ................................................ 10

3.3校准程序 ........................................................ 12

4 控制算法的研究 ................................................... 13

4.1 PID算法的研究 .................................................. 13

4.2模糊控制系统设计 ................................................ 13

4.3 比较算法 ....................................................... 19

5 结论及展望 ....................................................... 20

5.1结论 ............................................................ 20

5.2展望 ............................................................ 20

参考文献 ........................................................... 22

致谢 ............................................................... 23

菏泽学院本科生毕业设计（论文）

II

基于模糊控制的空调机的温度控制系统设计

摘要：本文将传统控制理论与智能控制理论相结合应用于温度控制的实际工程中。首先，设计出系统的硬件构成，然后，从热力学的角度对温度对象的特性做了较深入的分析，从理论上推导出温度对象的常用的一阶带纯滞后的近似数学模型和数学模型中各参数的含义，且对具有纯滞后特性的温度对象提出一种改进的模糊控制方法。该方法将模糊控制、PID控制结合起来。通过数字仿真表明该方法对空调机温度的控制具有超调小(可达到无超调)、调节时间短、鲁棒性好等优点。在此基础上，用阶跃信号做激励，辨识出系统的数学模型。本文的最后，通过对实验结果分析可以看出，本文所提出的改进的模糊控制算法对非线性、具纯滞后环节对象的控制是很有效的。

关键词：温度控制；模型辨识；模糊控制；PID控制

菏泽学院本科生毕业设计（论文）

III The Design of Conditioning Temperature Control System Based on

Fuzzy Control

Student majoring in automation Xu Guangfu

Tutor Zhou Jinglei

Abstract：This article applies traditional control theory and intelligent control theory to practical

engineering of temperature control. First, it designs hardware structure of system, and then makes a deep

analysis of the characteristics of temperature plant from the viewpoint of thermodynamics. Furthermore,

the approximate mathematics model of temperature plant with first-order and pure time delay and the

meaning of every parameter of this model are derived in theory. In addition, it provides an improved fuzzy

control method that combines the fussy control with PID control for the temperature plant with pure time

delay characteristic. Through digital simulation, it shows that this method has advantages of a small

overshoot (up to no overshoot), short adjustment time and good robustness in temperature control of air

conditioning. On this basis, it can identify the mathematical model of the system with the step signal

incentives. At the end of this article, through the analysis of the experimental results, it can be seen that the

proposed method of improved fuzzy control is very effective for control of nonlinear, pure delay part of the

object.

Key words: temperature control；model identify； Fuzzy control；PID control

菏泽学院本科生毕业设计（论文）

1 1 前言

1.1 课题的国内外现状

控制菌种生长环境的设施和设备由功能简单、单一的气候箱发展成现在控制式的人工气候室，这对于研究在人工模拟自然生态环境中生长因素对菌种生长的提供了必要的条件和能够继续深入研究的基础。目前，大多数菌种培养车间都采取通过控制水加热机组和水制冷机组进行温度的调节，这使得整个控制设备占空间庞大、控制复杂、能耗大、投资高。部分气候室采用中央空调控制温度，但中央空调同样存在成本高低精度的问题，且存在不同气候室同时向主机提出两种不同运行式请求，有导致系统失控的可能，因此，此种车间的控温方法也存在缺陷。所以，操作简单，控制精度高，系统性能好，投资低的新型菌种培养车间正为人们所期待。本文提出了一种以普通壁挂式空调来调节人工气候室温度的新方法，加以合理智能算法可以有效地对温度进行高精度恒温控制，而且成本较低，操作方便。

1.2 课题的目的及意义

高精度温度控制就是实现温度的更加精确化,准确化。实现温度恒温化,更好的来满足菌种的生长温度。

当今空调机的温度控制是人们利用可控电路对空调机进行控制,来实现对温度的控制。它只能满足人们一般的需求，温控精度也不高，对更高的温度需求不能满足。例如菌种的培养车间，菌种的生长需要非常稳定的温度环境，对温度的要求非常高，这就需要对空调机的温度来实现高精度控制。

培养菌种的培养车间需要较高的温度精度，它的温度控制一般是由空调机来实现的，而现今空调机的控温精度不高，一般在2～3度左右,误差比较大。这就需要对我们控温系统进行改进。来实现空调机高精度的控制。菌种培养车间需要的误差一般在0.5度左右，这首先需要非常灵敏的装置对温度进行检测，防止因检测而带来的错误。这可以用电接水银温度计(WXG型)进行测量。将测量的信号通过高灵敏度的温度传感器送到微处理器中。从而用微处理器来实现对空调机的高精度温度控制。这样才能满足培菌车间的需要。

本课题的研究意义：

(1)要使菌种培育更好，就必须有一流的生长条件和环境。传统的菌种培养车间是育种试验必不可少的条件，它可以缩短试验周期，可以模拟各种气候条件而不受自然气候的制约和影响。但是温度控制的精度还是不高,这就必须对空调机进行改进,实现对温度高精度控制。

(2)本系统就是针对以上老系统存在的不足及实际要求设计开发的。只要设定运行曲线后，就可连续自动地运行，按照给定曲线同时调节温度，并保存实际运行的参数和设定参数。

课题的特点及具体要求：

(1)菌种培养车间是一个多变量相互结合的复杂系统，温度具有纯滞后、大惯性特性。而且外界的气候的变化也会对室内的温度产生影响。所以按照常规的控制方法，要对温室对象建立精确数学模型几乎是不可能的，而且控制精度很难保