恒溫恒濕培養箱智能控制系統設計總結

本課題開發與研究的是恒溫恒濕培養箱智能控制系統，核心任務是恒溫恒濕箱體的溫濕度控制系統的算法研究與設計。在對恒溫恒濕控制系統的國內外發展現狀及需求的調研的基礎上，分析培養箱自身特有的控制特性，如生物培養對溫度超調敏感，控制過程具有不對稱性，滯后時間與溫度有關，濕度的波動影響溫度恒定，系統易受干擾等。

模糊控制利用人類專家控制經驗，對于復雜對象的控制顯示了魯棒性好、控制性能高的優點，但也有穩態效果差的缺點。而恒溫恒濕培養箱對溫度的要求均比較高，既要無超調，又要穩態精度高，實際運行又受濕度波動的影響，所以對溫度的控制采樣模糊控制與PID控制相結合的方式，充分利用了模糊控制的動態優勢和PID控制的穩態優勢。實際工作中對濕度的超調和波動不太敏感，所以基本的模糊控制方法就可完全滿足需求。

在硬件設計中，首先設計控制系統的整體架構，然后對溫度控制系統和濕度控制系統的各模塊分別進行器件選型及電路設計，主要由六個模塊組成：傳感器檢測部分、控制部分、被控對象、人機交互系統、單片機和電源。其功能主要包括按鍵、顯示、聲光報警、恒溫控制、恒濕控制和數據存儲下載。市電為控制系統的主要供電方式。為提高恒溫恒濕培養箱的可靠性和實用性，本課題提出一種配備后備電源的硬件方案，由鎳氫充電電池串聯組成，保障監測電路的工作，對主電源掉電后24h內的實時直觀監測。在軟件設計中，主要實現采樣、顯示、定時、中斷、控制、數據存儲通信等基本功能。

對算法的實現，本文選擇模糊控制為基本控制算法，并借助Matlab設計實現，在Simulink仿真環境中設計仿真系統逼近實際系統的調控，然后結合實踐提出了一種將PID與在線插值模糊控制相結合的控制算法，兼顧了模糊控制和PID控制的優點，動態和穩態效果均理想，具有很好的實用價值。通過對不同控制策略的實驗對比研究和數據分析，該控制系統方案合理，可靠性高，實用性強，調試方便，完全滿足實驗室恒溫恒濕培養箱的需求，有利于節約成本、提高熱效率、降低能耗和改善實驗條件，且安裝使用方便，適合在生物醫學實驗室使用和推廣。

本文設計的恒溫恒濕智能控制系統已基本完成，但還有一些應用研究需要更進一步開展下去：

(1)在封閉箱體內，溫濕度耦合是一個很復雜的問題，如果恒溫系統和恒濕系統的精度要求均很高，那么溫濕度解耦是首先要解決的重要課題。

(2)找到一套合適的模糊規則及隸屬函數比較困難，目前完全憑經驗獲得，將神經網絡引入控制系統是一種很好的解決方案，今后亟待深入研究和推廣。http://www.bjzazl.cn