發(fā)布時(shí)間：2020-11-15 03:33

　　 醫(yī)用恒溫箱用于藥品和試劑的加溫、保溫,其質(zhì)量指標(biāo)之一是箱內(nèi)溫度的動態(tài)特性。醫(yī)用恒溫箱的溫度模型往往帶有一定的滯后性,由于模型的時(shí)間常數(shù)較大,因此具有大慣性的特性。此外,其對象特性還具有一定的時(shí)變性、非線性。根據(jù)恒溫箱種類的不同,不同的恒溫箱帶有的不確定性不同。使用常見的控制器難以實(shí)現(xiàn)對這種復(fù)雜的對象很好地進(jìn)行控制,難以確保溫度的良好動態(tài)特性。為了更好地控制醫(yī)用恒溫箱的溫度對象,實(shí)現(xiàn)對其溫度的精確控制,保證其儲存的藥品試劑的質(zhì)量,有必要對其溫度控制器進(jìn)行開發(fā)與優(yōu)化。醫(yī)用恒溫箱溫度控制器的開發(fā)與優(yōu)化主要從辨識對象模型、根據(jù)模型設(shè)計(jì)控制器以及對所設(shè)計(jì)的控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化三個(gè)方面入手。在辨識模型方面,本文使用改進(jìn)的含有偏置的繼電反饋辨識法得到醫(yī)用恒溫箱的傳遞函數(shù)模型。本文對傳統(tǒng)的繼電反饋辨識法的優(yōu)劣點(diǎn)進(jìn)行了討論,通過機(jī)理分析和公式推導(dǎo)得到了改進(jìn)的繼電反饋辨識法公式,在醫(yī)用恒溫箱上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,證明了該方法辨識結(jié)果準(zhǔn)確、過程快速、方法簡便易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。在控制器的設(shè)計(jì)方面,本文針對模型準(zhǔn)確度不同的情況,分別設(shè)計(jì)使用無辨識自適應(yīng)控制器和IMC-Dahlin控制器進(jìn)行控制。無辨識自適應(yīng)控制不需要被控對象精確的數(shù)學(xué)模型,對非線性對象、時(shí)變對象和辨識模型較不準(zhǔn)確的對象仍然可以保證較好的控制性能。IMC-Dahlin控制器的控制性能較無辨識自適應(yīng)控制好,對模型的準(zhǔn)確度要求略高,對模型辨識較準(zhǔn)確、非線性不是很嚴(yán)重的大慣性對象可以取得較好的控制質(zhì)量。根據(jù)實(shí)際情況選用控制器,可以更加準(zhǔn)確、可靠地對醫(yī)用恒溫箱的溫度對象進(jìn)行控制。在優(yōu)化控制器參數(shù)方面,本文對無辨識自適應(yīng)控制器及IMC-Dahlin控制器的參數(shù)優(yōu)化規(guī)則進(jìn)行了研究。然后根據(jù)魯棒控制器設(shè)計(jì)原理,分別對無辨識自適應(yīng)控制器及IMC-Dahlin控制器的控制律進(jìn)行分析和推導(dǎo),把控制器最優(yōu)參數(shù)的優(yōu)化求解問題最終歸結(jié)為幾個(gè)線性矩陣不等式(LMI)的求解問題,最終通過求解LMI計(jì)算出一組最優(yōu)的參數(shù)。本文推導(dǎo)出了一種改進(jìn)的繼電反饋辨識法公式,通過進(jìn)行仿真以及在恒溫箱上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果證明了本改進(jìn)的繼電反饋辨識法的可行性與可靠性。在計(jì)算出被控對象傳遞函數(shù)模型之后,又針對不同的應(yīng)用情況,分別設(shè)計(jì)無辨識自適應(yīng)控制器和IMC-Dahlin控制器,從原理和實(shí)現(xiàn)方法上對二者進(jìn)行了詳細(xì)的論述。在進(jìn)行了控制器設(shè)計(jì)之后,本文分別推導(dǎo)提出了上述的控制器的參數(shù)優(yōu)化方法。最終實(shí)現(xiàn)了在嵌入式系統(tǒng)控制器上的控制程序,并在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)合仿真的結(jié)果,證明了模型辨識方法、控制器設(shè)計(jì)法、控制器參數(shù)整定法的可行性和可靠性,得到了可以自動實(shí)現(xiàn)模型辨識、控制性能良好的兩種嵌入式控制器,根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的控制器,可以實(shí)現(xiàn)在醫(yī)用、工業(yè)等領(lǐng)域?qū)Υ髴T性、含有不確定性的對象進(jìn)行有效控制。
【學(xué)位單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH77
【部分圖文】：

北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文???根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，測得Ａ＝５２２．６，次＝４乃．７，?７；?＝３９２．６，使用以上數(shù)據(jù)按照２．３節(jié)??的改進(jìn)的含有偏置的繼電反饋辨識法進(jìn)行模型計(jì)算，得到的模型為：??ＧＪｓ）＝?８－５５９?ｅ－１００３５２１??（２－５６）??２?１５３６ｓ＋ｌ??由仿真結(jié)果可以看到，模型辨識的結(jié)果與真實(shí)結(jié)果是十分相近的，辨識出來的模??型可以反映真實(shí)的模型。為了與本方法形成對比，使用文［４９］所提出的含有偏置的繼??電反饋辨識法對相同模型進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算得到：尺＝－０．００２，７１?＝?－２５６７．９，??ｒ?＝?－１３８３３－８０６７．２ｉ，這顯然是不正確的。??實(shí)際應(yīng)用中，測量噪聲是不可避免的，下面的仿真中，加入方差為１的白噪聲，??于模擬真實(shí)情況下的測量噪聲。繼電反饋辨識的系統(tǒng)輸出如圖２－７所示，白噪聲的??形圖如圖２－８所示。??????????????

圖２－８方差為ｌ的白噪聲??Ｆｉｇ．２－８?Ｗｈｉｔｅ?ｎｏｉｓｅ?ｗｉｔｈ?ｖａｒｉａｎｃｅ?ｏｆ?ｌ??２０??

實(shí)驗(yàn)使用“Ｒｅｎｅｓａｓ”的Ｒ５Ｆ２１２Ｂ８作為控制器，它是一款１６位的微控制單元??Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?Ｕｎｉｔ?（ＭＣＵ）。它具有低功耗、大存儲容量、高集成密度等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)物??如圖２－９所示。??ｍｉ???＿＿??圖２－９嵌入式系統(tǒng)控制器??Ｆｉｇ．２－９?Ｅｍｂｅｄｄｅｄ?ｓｙｓｔｅｍ?ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ??嵌入式控制器與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換是通過專用的連接板進(jìn)行的。它以ＵＳＢ的連??２１??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2884290