恒温恒湿箱的二自由度PID前馈解耦控制系统设计

发布时间：2023-11-22 18:33

　　恒温恒湿箱产生稳定的湿热环境,广泛应用于生物、医药、化工等行业。传统恒温恒湿箱控制精度低,已经满足不了现代实验所需的温度、相对湿度的高精度要求和人机交互需求。针对于此,本文设计了一种基于二自由度PID前馈解耦控制的恒温恒湿箱控制系统,该系统包括欧姆龙NX控制器、NA触摸屏、传感器、温度控制模块、湿度控制模块和物联网模块等。NX控制器与NA触摸屏进行EtherNet/IP通信,利用触摸屏设置运行参数和状态监控;在NX控制器中设计二自由度PID前馈解耦算法程序计算温湿度控制量,消除温湿度耦合影响,有效地改善了控制性能指标;NX控制器通过RS-485通信轮询实现对实验箱内的状态监视、参数采集和输出驱动;通过物联网模块中无线发射器建立与远程服务器的通信,便于操作人员远程监控和管理。本文的主要工作如下:(1)介绍恒温恒湿箱的系统构成,对控制系统进行需求分析,并介绍了控制系统所采用的关键技术。(2)利用阶跃响应进行被控系统建模,采用前馈解耦控制消除温度和相对湿度的耦合影响,设计了带目标值滤波器的二自由度PID控制器,并利用Simulink进行仿真验证和控制效果对比分析,证明了系统控制方案的可行性。...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究的背景
    1.2 课题研究的目的和意义
    1.3 国内外研究现状
    1.4 本文的主要工作
第二章 恒温恒湿箱
    2.1 系统构成
    2.2 需求分析和设计指标
    2.3 工艺分析
        2.3.1 温度控制工艺
        2.3.2 湿度控制工艺
    2.4 恒温恒湿箱的创新点
第三章 控制系统硬件设计
    3.1 控制系统整体结构
    3.2 NX控制器和单元配置
        3.2.1 NX控制器单元配置
        3.2.2 控制系统I/O分配
        3.2.3 NX串口通信单元和RS-485通信组网
        3.2.4 NX控制器电源供给设计
        3.2.5 温度传感器和温度输入单元
        3.2.6 湿度传感器和高速模拟量输入单元
    3.3 NA触摸屏
    3.4 温度控制模块
        3.4.1 一体式半导体制冷器
        3.4.2 温度控制驱动板
    3.5 相对湿度控制模块
    3.6 物联网模块
第四章 控制系统算法设计
    4.1 实验法建模
        4.1.1 系统建模方法
        4.1.2 阶跃响应实验建模
    4.2 解耦环节设计
    4.3 控制器设计
        4.3.1 二自由度PID控制器
        4.3.2 Simulink模型搭建和控制效果对比
第五章 控制系统软件设计
    5.1 控制系统配置
        5.1.1 网络配置
        5.1.2 I/O映射
    5.2 NX控制器程序设计
        5.2.1 信号采集程序
        5.2.2 温控驱动板通信程序
        5.2.3 轮询标志位计算程序
        5.2.4 温湿度PID输出量计算程序
        5.2.5 加湿模块驱动程序
    5.3 NA触摸屏界面设计
        5.3.1 用户登录界面
        5.3.2 温湿度趋势查看界面
        5.3.3 温湿度参数设置界面
        5.3.4 光照设置界面
        5.3.5 状态监控界面
        5.3.6 报警界面
    5.4 实际控制效果分析
第六章 总结与展望
参考文献
攻读学位期间的研究成果
致谢



本文编号：3865918