【摘 要】
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在家用电器、农业工业生产、医疗科研等领域中,利用半导体制冷器实现对温度的监控和调节,对提高生产效能、节约社会资源、提升技术创新有着极其重要的影响。传统恒温控制系统存在响应时延大、稳定性较差以及超调量大等问题,难以达到理想的控制标准,针对温度控制领域中存在的不足和缺点,本文主要研究内容如下:首先,本文介绍一种基于Smith滞后补偿型PID温度系统,将Smith补偿型控制器加入到回路系统中,提前预判对
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在家用电器、农业工业生产、医疗科研等领域中,利用半导体制冷器实现对温度的监控和调节,对提高生产效能、节约社会资源、提升技术创新有着极其重要的影响。传统恒温控制系统存在响应时延大、稳定性较差以及超调量大等问题,难以达到理想的控制标准,针对温度控制领域中存在的不足和缺点,本文主要研究内容如下:首先,本文介绍一种基于Smith滞后补偿型PID温度系统,将Smith补偿型控制器加入到回路系统中,提前预判对象的性能,并反馈到调节器,以此补偿过程的误差,并通过Matlab软件设计模型。仿真结果表明,传统PID算法和Fuzzy-PID算法的上升速度较快,但稳态品质较差,调节能力较弱;Smith算法的超调量相比其他算法小,温度上升较快,调节到稳定温度值所花时间较少,明显改善温控系统的性能,能够达到预期的稳态特性。该算法能有效地抑制纯滞后的影响,降低系统的超调量,加速响应过程。其次,设计了以STM32F103为MCU核心的硬件平台,系统由温度测量模块、加热片模块、蜂鸣器模块、WIFI模块、液晶显示模块和上位机模块等模块构成,并搭建硬件实物。通过按键输入设定温度值,采用K型热电偶用作温度测量模块以获取目标温度值,将采集的信号通过控制算法进行调节,通过加热模块实现对半导体加热片调控,最终在液晶屏幕和上位机中观察调试结果,进行实验验证。使用C语言编译软件Keil5开发平台在线编写程序调试,上位机采用图形化编程软件Lab VIEW设计人机交互界面,完成了对温度信号采集、温度曲线显示、误差计算、结果分析等功能。最后,研究结果表明,本文设计的Smith预估型算法在温控系统中发挥了Smith预估器的补偿作用,与传统控制方法相比,Smith预估型算法能够抑制系统的超调量,加快调节响应速率,通过对控制系统时滞性进行补偿提高控制对象的稳态特性,达到良好的控制效果。图[50]表[13]参[61]
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