恒温恒湿培养箱智能控制系统设计总结

恒温恒湿培养箱智能控制系统设计总结

本课题开发与研究的是恒温恒湿培养箱智能控制系统，核心任务是恒温恒湿箱体的温湿度控制系统的算法研究与设计。在对恒温恒湿控制系统的国内外发展现状及需求的调研的基础上，分析培养箱自身特有的控制特性，如生物培养对温度超调敏感，控制过程具有不对称性，滞后时间与温度有关，湿度的波动影响温度恒定，系统易受干扰等。

模糊控制利用人类专家控制经验，对于复杂对象的控制显示了鲁棒性好、控制性能高的优点，但也有稳态效果差的缺点。而恒温恒湿培养箱对温度的要求均比较高，既要无超调，又要稳态精度高，实际运行又受湿度波动的影响，所以对温度的控制采样模糊控制与PID控制相结合的方式，充分利用了模糊控制的动态优势和PID控制的稳态优势。实际工作中对湿度的超调和波动不太敏感，所以基本的模糊控制方法就可完全满足需求。

在硬件设计中，首先设计控制系统的整体架构，然后对温度控制系统和湿度控制系统的各模块分别进行器件选型及电路设计，主要由六个模块组成：传感器检测部分、控制部分、被控对象、人机交互系统、单片机和电源。其功能主要包括按键、显示、声光报警、恒温控制、恒湿控制和数据存储下载。市电为控制系统的主要供电方式。为提高恒温恒湿培养箱的可靠性和实用性，本课题提出一种配备后备电源的硬件方案，由镍氢充电电池串联组成，保障监测电路的工作，对主电源掉电后24h内的实时直观监测。在软件设计中，主要实现采样、显示、定时、中断、控制、数据存储通信等基本功能。

对算法的实现，本文选择模糊控制为基本控制算法，并借助Matlab设计实现，在Simulink仿真环境中设计仿真系统逼近实际系统的调控，然后结合实践提出了一种将PID与在线插值模糊控制相结合的控制算法，兼顾了模糊控制和PID控制的优点，动态和稳态效果均理想，具有很好的实用价值。通过对不同控制策略的实验对比研究和数据分析，该控制系统方案合理，可靠性高，实用性强，调试方便，完全满足实验室恒温恒湿培养箱的需求，有利于节约成本、提高热效率、降低能耗和改善实验条件，且安装使用方便，适合在生物医学实验室使用和推广。

本文设计的恒温恒湿智能控制系统已基本完成，但还有一些应用研究需要更进一步开展下去：

(1)在封闭箱体内，温湿度耦合是一个很复杂的问题，如果恒温系统和恒湿系统的精度要求均很高，那么温湿度解耦是首先要解决的重要课题。

(2)找到一套合适的模糊规则及隶属函数比较困难，目前完全凭经验获得，将神经网络引入控制系统是一种很好的解决方案，今后亟待深入研究和推广。http://www.dgzhenghang.com.cn