黑体炉炉温模糊自适应PID控制研究

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黑体炉可作为一个已知强度或已知光谱分布的热源,供CCD高温计、红外测温仪及光电高温计等非接触式测温仪表的标定和校准之用。本课题的目的是对实验室原有的黑体炉温度控制系统进行升级改造,使黑体炉炉温稳定控制在某一范围内,保证CCD高温计标定工作的顺利进行。 论文首先分析了黑体炉的动态特性,发现黑体炉是一个具有非线性、滞后性、升降温不对称性、特性参数随温度变化和易受扰动影响的系统;根据炉内传热理论,推导出黑体炉炉温模型结构为一阶惯性加纯滞后,并将最小二乘法引入经典阶跃响应辨识,得到黑体炉工作特性的非定常温变模型。然后通过理论分析证明,常规PID控制参数固定不变不能很好地满足炉温控制的要求,从而提出将模糊控制和PID控制结合起来,利用模糊推理实现PID控制参数的自适应调整。利用MATLAB/Simulink仿真软件对黑体炉温控系统进行仿真,研究结果表明,采用本文提出的模糊自适应PID控制方法实现黑体炉炉温的稳定控制是有效和可行的。 在上述研究的基础上,针对原有黑体炉炉温控制系统中存在的不足,对其进行改造。选择具有模糊自适应PID调节功能的控制器,通过过零触发器控制可控硅的通断,实现黑体炉的连续调功,从而达到稳定控制炉温的目的。 经过多次实验,系统运行稳定,可靠性好,能够很好地满足CCD高温计标定的温控要求。
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