CN102163065A - 一种适用于恒温恒湿实验箱的多回路模糊耦合温湿度控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于恒温恒湿实验箱的多回路模糊耦合温湿度控制器，与传统的恒温恒湿实验箱温湿度控制器比较，具有分布式的结构方式，温度和湿度控制分别采用独立的采集电路，基于总线通信的方式进行温度和湿度参数耦合计算，引进模糊规则的算法和实现方式，包括参数模糊化、模糊规则推理、参数解模糊等，根据温度和湿度参考输入和反馈信号，根据温度和湿度输入模糊集合的隶属函数计算转变温度和湿度输入值隶属度，同时基于温度和湿度的耦合模型，调用温度和湿度的耦合PID控制函数，同时计算温度和湿度PID控制器的比例系数、积分系数和微分系数，把它们作为当前控制器的参考进行温度和湿度控制。通过对恒温恒湿实验箱的多回路模糊耦合温湿度控制器实际应用，可以有效的实现恒温恒湿实验箱温度和湿度的控制效果，满足实验箱恒温恒湿要求，温度和湿度的稳定性高于传统的温湿度控制器，提高了恒温恒湿实验箱温度指标和质量。
Description
技术领域
本发明涉及工业控制领域和实验室应用领域中温度和湿度控制过程中应用功能研究，在借鉴传统PID控制，引进模糊规则的算法和实现方式，设计一种适用于恒温恒湿实验箱的多回路模糊耦合温湿度控制器，可以有效的实现恒温恒湿实验箱温度和湿度的控制效果，满足实验箱恒温恒湿要求，温度和湿度的稳定性高于传统的温湿度控制器，提高了恒温恒湿实验箱温度指标和质量。
背景技术
恒温恒湿实验箱主要为电子零部件、工业材料、成品在研发、生产和检验各环节的试验提供恒定湿热、复杂高低温交变等试验环境和试验条件，适用于电子电器、通讯、化工、五金、橡胶、玩具等各行业。恒温恒湿实验箱由制冷系统，加热系统，控制系统，加湿系统、去湿系统，送风循环系统，和传感器系统等组成如图1所示，上述系统分属电气和机械制冷两大方面。下面叙述几个主要系统的工作原理和工作过程。
制冷系统是综合试验箱的关键部分之一采用蒸汽压缩式制冷，它们主要由压缩机，冷凝器，节流机构和蒸发器组成；.加热系统：试验箱的加热系统相对制冷系统而言，主要有大功率电阻丝组成，由于试验箱要求的升温速率较大，因此试验箱的加热系统功率都比较大；控制系统：控制系统是综合试验箱的核心，它决定了试验箱的升温速率，精度等重要指标；湿度系统：温度系统分为加湿和除湿两个子系统。加湿方式一般采用蒸汽加湿法，即将低压蒸汽直接注入试验空间加湿。这种加湿方法加湿能力，速度快，加湿控制灵敏，尤其在降温时容易实现强制加湿。除湿方式有机械制冷除湿，除湿原理是将空气冷却到露点温度以下，使大于饱和含湿量的水汽凝结析出，这样就降低了湿度；传感器系统：传感器主要是温度和湿度传感器。温度传感器应用较多的是铂电组和热电偶。湿度的测量方法有固态电子式传感器直接测量法。.送风循环系统：空气循环系统一般有离心式风扇和驱动其运转的电机构成。它提供了试验箱内空气的循环。恒温恒湿实验箱产品外型图见图2。
通常恒温恒湿箱的控制系统对制冷系统和加热系统控制分别进行PID控制或其间有较小的关联，这样控制效果往往不理想，温度或湿度控制很难实现稳定，温度或湿度在设定点附近波动较大，特别对于某些高温高湿等特别区域控制效果会更差。
发明内容
本发明的目的在于一种适用于恒温恒湿实验箱的多回路模糊耦合温湿度控制器，应用到电子零部件、工业材料、成品在研发、生产和检验各环节的试验提供温度和湿度条件的恒温恒湿实验箱，可以有效的实现恒温恒湿实验箱温度和湿度的控制效果，满足实验箱恒温恒湿要求，提供复杂高低温交变等试验环境和试验条件，适用于电子电器、通讯、化工、五金、橡胶、玩具等各行业。
本发明的恒温恒湿实验箱的多回路模糊耦合温湿度控制器具有分布式的结构方式，温度和湿度控制分别采用独立的处理电路和采集电路，基于内部高速总线通信的方式进行温度和湿度外部采集数据和内部计算参数的交互，总线信息交互流程见图3；多回路模糊耦合温湿度控制器通过与加热装置、冷却装置、温度检测装置、以及加湿装置、去湿装置、湿度检测装置实现对控制对象的温湿度控制过程如图4所示。
引进模糊规则的算法和实现方式，包括参数模糊化、模糊规则推理、参数解模糊等，根据温度和湿度输入模糊集合的隶属函数计算转变隶属度，根据模糊规则前提条件中的语言变量把输入值进行转变，每个隶属度值均与特定模糊集合相关。转变隶属度如图5所示，将多回路模糊耦合温湿度控制器温度和湿度外部采集数据分为高温高湿、高温中湿、高温低湿、中温高湿、中温中湿、中温低湿、低温高湿、低温中湿、低温低湿9个隶属度如图6所示进行处理。
外部系统状态信息的输入，由模糊控制器对这些信息进行预处理，转换成模糊隶属函数的形式；模糊输入再经过规则估值，得到模糊输出，即规则强度，最后规则强度和隶属函数通过精确化的过程，给出精确的输出。模糊控制器的内部结构如图7所示，基于温度和湿度的耦合模型，调用温度和湿度的耦合PID控制函数，同时计算温度和湿度PID控制器的比例系数、积分系数和微分系数。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1是恒温恒湿实验箱系统框图；
图2是恒温恒湿实验箱产品外型图；
图3是多回路模糊耦合温湿度控制器总线信息交互流程图；
图4是多回路模糊耦合温湿度控制器温湿度控制过程；
图5是多回路模糊耦合温湿度控制模糊规则图；
图6是多回路模糊耦合温湿度控制模糊隶属度；
图7是多回路模糊耦合温湿度控制模糊规则图；
图8是本发明的多回路模糊耦合温湿度控制器电路结构图；
图9是本发明的多回路模糊耦合温湿度控制器实物图；
图10是本发明的多回路模糊耦合温湿度控制曲线图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本实施例提供基于ATMEL公司的通用处理AT91SAM7S512芯片设计的处理器电路，基于32位ARM7TDMI RISC处理器，具有512KB系统内可编程Flash存储器，64K字节的存储器，以及SAM-BA启动程序的in-system系统，可靠性高，使用方便。AT91SAM7S512芯片结合电源电路，输入采集电路，显示电路和按键电路，加热输出电路，制冷输出电路，报警输出电路和总线电路组成数字温度控制单元，同样AT91SAM7S512芯片结合电源电路，输入采集电路，加湿输出电路，去湿输出电路，报警输出电路和总线电路组成湿度控制单元，温度控制单元和湿度控制单元通过总线单元构成多回路模糊耦合温湿度控制器，其多回路模糊耦合温湿度控制器电路结构如图8所示，本发明的多回路模糊耦合温湿度控制器实物如图9所示。
通过对恒温恒湿实验箱的多回路模糊耦合温湿度控制器实际应用，可以有效的实现恒温恒湿实验箱 温度和湿度的控制效果，满足实验箱恒温恒湿要求，本发明的多回路模糊耦合温湿度控制曲线见图10，温度和湿度的稳定性高于传统的温湿度控制器，提高了恒温恒湿实验箱温度指标和质量。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种适用于恒温恒湿实验箱的多回路模糊耦合温湿度控制器，其特征在于：
具有分布式的结构方式，温度和湿度控制分别采用独立的电路，基于总线通信的方式进行温度和湿度参数交互，引进模糊规则的算法和实现方式，包括参数模糊化、模糊规则推理、参数解模糊等，根据温度和湿度参考输入和反馈信号，根据温度和湿度输入模糊集合的隶属函数计算转变温度和湿度输入值隶属度，同时基于温度和湿度的耦合模型，调用温度和湿度的耦合PID控制函数，同时计算温度和湿度PID控制器的比例系数、积分系数和微分系数，把它们作为当前控制器的参考进行温度和湿度控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：多回路模糊耦合温湿度控制器具有分布式的结构方式，温度和湿度控制分别采用独立的处理电路和采集电路，基于内部高速总线通信的方式进行温度和湿度外部采集数据和内部计算参数的交互，同时基于温度和湿度的耦合模型，调用温度和湿度的耦合PID控制函数，同时计算温度和湿度PID控制器的比例系数、积分系数和微分系数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：引进模糊规则的算法和实现方式，包括参数模糊化、模糊规则推理、参数解模糊等，根据温度和湿度输入模糊集合的隶属函数计算转变隶属度，将多回路模糊耦合温湿度控制器温度和湿度外部采集数据分为高温高湿、高温中湿、高温低湿、中温高湿、中温中湿、中温低湿、低温高湿、低温中湿、低温低湿9个隶属度进行处理。
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