專(zhuān)利名稱(chēng)：一種適用于恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱的多回路模糊耦合溫濕度控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)控制領(lǐng)域和實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用領(lǐng)域中溫度和濕度控制過(guò)程中應(yīng)用功能研究，在借鑒傳統(tǒng)PID控制，引進(jìn)模糊規(guī)則的算法和實(shí)現(xiàn)方式，設(shè)計(jì)一種適用于恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱的多回路模糊耦合溫濕度控制器，可以有效的實(shí)現(xiàn)恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱溫度和濕度的控制效果，滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)箱恒溫恒濕要求，溫度和濕度的穩(wěn)定性高于傳統(tǒng)的溫濕度控制器，提高了恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱溫度指標(biāo)和質(zhì)量。
背景技術(shù)：
恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱主要為電子零部件、工業(yè)材料、成品在研發(fā)、生產(chǎn)和檢驗(yàn)各環(huán)節(jié)的試驗(yàn)提供恒定濕熱、復(fù)雜高低溫交變等試驗(yàn)環(huán)境和試驗(yàn)條件，適用于電子電器、通訊、化工、 五金、橡膠、玩具等各行業(yè)。恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱由制冷系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，加濕系統(tǒng)、去濕系統(tǒng)，送風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，和傳感器系統(tǒng)等組成如圖1所示，上述系統(tǒng)分屬電氣和機(jī)械制冷兩大方面。下面敘述幾個(gè)主要系統(tǒng)的工作原理和工作過(guò)程。制冷系統(tǒng)是綜合試驗(yàn)箱的關(guān)鍵部分之一采用蒸汽壓縮式制冷，它們主要由壓縮機(jī)，冷凝器，節(jié)流機(jī)構(gòu)和蒸發(fā)器組成；.加熱系統(tǒng)試驗(yàn)箱的加熱系統(tǒng)相對(duì)制冷系統(tǒng)而言，主要有大功率電阻絲組成，由于試驗(yàn)箱要求的升溫速率較大，因此試驗(yàn)箱的加熱系統(tǒng)功率都比較大；控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是綜合試驗(yàn)箱的核心，它決定了試驗(yàn)箱的升溫速率，精度等重要指標(biāo)；濕度系統(tǒng)溫度系統(tǒng)分為加濕和除濕兩個(gè)子系統(tǒng)。加濕方式一般采用蒸汽加濕法， 即將低壓蒸汽直接注入試驗(yàn)空間加濕。這種加濕方法加濕能力，速度快，加濕控制靈敏，尤其在降溫時(shí)容易實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制加濕。除濕方式有機(jī)械制冷除濕，除濕原理是將空氣冷卻到露點(diǎn)溫度以下，使大于飽和含濕量的水汽凝結(jié)析出，這樣就降低了濕度；傳感器系統(tǒng)傳感器主要是溫度和濕度傳感器。溫度傳感器應(yīng)用較多的是鉬電組和熱電偶。濕度的測(cè)量方法有固態(tài)電子式傳感器直接測(cè)量法。.送風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)空氣循環(huán)系統(tǒng)一般有離心式風(fēng)扇和驅(qū)動(dòng)其運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)構(gòu)成。它提供了試驗(yàn)箱內(nèi)空氣的循環(huán)。恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱產(chǎn)品外型圖見(jiàn)圖2。通常恒溫恒濕箱的控制系統(tǒng)對(duì)制冷系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)控制分別進(jìn)行PID控制或其間有較小的關(guān)聯(lián)，這樣控制效果往往不理想，溫度或濕度控制很難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，溫度或濕度在設(shè)定點(diǎn)附近波動(dòng)較大，特別對(duì)于某些高溫高濕等特別區(qū)域控制效果會(huì)更差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于一種適用于恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱的多回路模糊耦合溫濕度控制器， 應(yīng)用到電子零部件、工業(yè)材料、成品在研發(fā)、生產(chǎn)和檢驗(yàn)各環(huán)節(jié)的試驗(yàn)提供溫度和濕度條件的恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱，可以有效的實(shí)現(xiàn)恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱溫度和濕度的控制效果，滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)箱恒溫恒濕要求，提供復(fù)雜高低溫交變等試驗(yàn)環(huán)境和試驗(yàn)條件，適用于電子電器、通訊、化工、 五金、橡膠、玩具等各行業(yè)。本發(fā)明的恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱的多回路模糊耦合溫濕度控制器具有分布式的結(jié)構(gòu)方式，溫度和濕度控制分別采用獨(dú)立的處理電路和采集電路，基于內(nèi)部高速總線(xiàn)通信的方式進(jìn)行溫度和濕度外部采集數(shù)據(jù)和內(nèi)部計(jì)算參數(shù)的交互，總線(xiàn)信息交互流程見(jiàn)圖3 ；多回路模糊耦合溫濕度控制器通過(guò)與加熱裝置、冷卻裝置、溫度檢測(cè)裝置、以及加濕裝置、去濕裝置、濕度檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的溫濕度控制過(guò)程如圖4所示。引進(jìn)模糊規(guī)則的算法和實(shí)現(xiàn)方式，包括參數(shù)模糊化、模糊規(guī)則推理、參數(shù)解模糊等，根據(jù)溫度和濕度輸入模糊集合的隸屬函數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)變隸屬度，根據(jù)模糊規(guī)則前提條件中的語(yǔ)言變量把輸入值進(jìn)行轉(zhuǎn)變，每個(gè)隸屬度值均與特定模糊集合相關(guān)。轉(zhuǎn)變隸屬度如圖5 所示，將多回路模糊耦合溫濕度控制器溫度和濕度外部采集數(shù)據(jù)分為高溫高濕、高溫中濕、 高溫低濕、中溫高濕、中溫中濕、中溫低濕、低溫高濕、低溫中濕、低溫低濕9個(gè)隸屬度如圖6 所示進(jìn)行處理。外部系統(tǒng)狀態(tài)信息的輸入，由模糊控制器對(duì)這些信息進(jìn)行預(yù)處理，轉(zhuǎn)換成模糊隸屬函數(shù)的形式；模糊輸入再經(jīng)過(guò)規(guī)則估值，得到模糊輸出，即規(guī)則強(qiáng)度，最后規(guī)則強(qiáng)度和隸屬函數(shù)通過(guò)精確化的過(guò)程，給出精確的輸出。模糊控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示，基于溫度和濕度的耦合模型，調(diào)用溫度和濕度的耦合PID控制函數(shù)，同時(shí)計(jì)算溫度和濕度PID控制器的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)。


此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。在附圖中圖1是恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)框圖；圖2是恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱產(chǎn)品外型圖；圖3是多回路模糊耦合溫濕度控制器總線(xiàn)信息交互流程圖；圖4是多回路模糊耦合溫濕度控制器溫濕度控制過(guò)程；圖5是多回路模糊耦合溫濕度控制模糊規(guī)則圖；圖6是多回路模糊耦合溫濕度控制模糊隸屬度；圖7是多回路模糊耦合溫濕度控制模糊規(guī)則圖；圖8是本發(fā)明的多回路模糊耦合溫濕度控制器電路結(jié)構(gòu)圖；圖9是本發(fā)明的多回路模糊耦合溫濕度控制器實(shí)物圖；圖10是本發(fā)明的多回路模糊耦合溫濕度控制曲線(xiàn)具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施方式和附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。在此，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。本實(shí)施例提供基于A(yíng)TMEL公司的通用處理AT91SAM7S512芯片設(shè)計(jì)的處理器電路， 基于32位ARM7TDMI RISC處理器，具有512KB系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash存儲(chǔ)器，64K字節(jié)的存儲(chǔ)器，以及SAM-BA啟動(dòng)程序的in-system系統(tǒng)，可靠性高，使用方便。AT91SAM7S512芯片結(jié)合電源電路，輸入采集電路，顯示電路和按鍵電路，加熱輸出電路，制冷輸出電路，報(bào)警輸出電路和總線(xiàn)電路組成數(shù)字溫度控制單元，同樣AT91SAM7S512芯片結(jié)合電源電路，輸入采集電路，加濕輸出電路，去濕輸出電路，報(bào)警輸出電路和總線(xiàn)電路組成濕度控制單元，溫度控制單元和濕度控制單元通過(guò)總線(xiàn)單元構(gòu)成多回路模糊耦合溫濕度控制器，其多回路模糊耦合溫濕度控制器電路結(jié)構(gòu)如圖8所示，本發(fā)明的多回路模糊耦合溫濕度控制器實(shí)物如圖9所示。 通過(guò)對(duì)恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱的多回路模糊耦合溫濕度控制器實(shí)際應(yīng)用，可以有效的實(shí)現(xiàn)恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱溫度和濕度的控制效果，滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)箱恒溫恒濕要求，本發(fā)明的多回路模糊耦合溫濕度控制曲線(xiàn)見(jiàn)圖10，溫度和濕度的穩(wěn)定性高于傳統(tǒng)的溫濕度控制器，提高了恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱溫度指標(biāo)和質(zhì)量。以上所述的具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種適用于恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱的多回路模糊耦合溫濕度控制器，其特征在于具有分布式的結(jié)構(gòu)方式，溫度和濕度控制分別采用獨(dú)立的電路，基于總線(xiàn)通信的方式進(jìn)行溫度和濕度參數(shù)交互，引進(jìn)模糊規(guī)則的算法和實(shí)現(xiàn)方式，包括參數(shù)模糊化、模糊規(guī)則推理、參數(shù)解模糊等，根據(jù)溫度和濕度參考輸入和反饋信號(hào)，根據(jù)溫度和濕度輸入模糊集合的隸屬函數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)變溫度和濕度輸入值隸屬度，同時(shí)基于溫度和濕度的耦合模型，調(diào)用溫度和濕度的耦合PID控制函數(shù)，同時(shí)計(jì)算溫度和濕度PID控制器的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，把它們作為當(dāng)前控制器的參考進(jìn)行溫度和濕度控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于多回路模糊耦合溫濕度控制器具有分布式的結(jié)構(gòu)方式，溫度和濕度控制分別采用獨(dú)立的處理電路和采集電路，基于內(nèi)部高速總線(xiàn)通信的方式進(jìn)行溫度和濕度外部采集數(shù)據(jù)和內(nèi)部計(jì)算參數(shù)的交互，同時(shí)基于溫度和濕度的耦合模型，調(diào)用溫度和濕度的耦合PID控制函數(shù)，同時(shí)計(jì)算溫度和濕度PID控制器的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于引進(jìn)模糊規(guī)則的算法和實(shí)現(xiàn)方式，包括參數(shù)模糊化、模糊規(guī)則推理、參數(shù)解模糊等，根據(jù)溫度和濕度輸入模糊集合的隸屬函數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)變隸屬度，將多回路模糊耦合溫濕度控制器溫度和濕度外部采集數(shù)據(jù)分為高溫高濕、高溫中濕、高溫低濕、中溫高濕、中溫中濕、中溫低濕、低溫高濕、低溫中濕、低溫低濕9個(gè)隸屬度進(jìn)行處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種適用于恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱的多回路模糊耦合溫濕度控制器，與傳統(tǒng)的恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱溫濕度控制器比較，具有分布式的結(jié)構(gòu)方式，溫度和濕度控制分別采用獨(dú)立的采集電路，基于總線(xiàn)通信的方式進(jìn)行溫度和濕度參數(shù)耦合計(jì)算，引進(jìn)模糊規(guī)則的算法和實(shí)現(xiàn)方式，包括參數(shù)模糊化、模糊規(guī)則推理、參數(shù)解模糊等，根據(jù)溫度和濕度參考輸入和反饋信號(hào)，根據(jù)溫度和濕度輸入模糊集合的隸屬函數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)變溫度和濕度輸入值隸屬度，同時(shí)基于溫度和濕度的耦合模型，調(diào)用溫度和濕度的耦合PID控制函數(shù)，同時(shí)計(jì)算溫度和濕度PID控制器的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，把它們作為當(dāng)前控制器的參考進(jìn)行溫度和濕度控制。通過(guò)對(duì)恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱的多回路模糊耦合溫濕度控制器實(shí)際應(yīng)用，可以有效的實(shí)現(xiàn)恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱溫度和濕度的控制效果，滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)箱恒溫恒濕要求，溫度和濕度的穩(wěn)定性高于傳統(tǒng)的溫濕度控制器，提高了恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱溫度指標(biāo)和質(zhì)量。
文檔編號(hào)G05D27/02GK102163065SQ20111002342
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者劉巖, 周建波, 孫磊, 楊波, 苗源春 申請(qǐng)人:丹納赫西特傳感工業(yè)控制(天津)有限公司