分类号：TP273单位代码：10058学号：0730413312天津工业大学研究生学位论文智能恒温培养振荡器的研究（申请硕士学位）申请人：杜新培指导老师：李小京教授专业：控制理论与控制工程天津工业大学电气工程与自动化学院2009年12月AThesisSubmittedfortheMasterDegreeofEngineeringatTianjinPolytechnicUniversityTheResearchOfIntelligentConstantTemperatureCultureInstrumentByDuXinpeiAdviser:LiXiaojingprofessorMajor:ControlTheoryandControlEngineeringTianjinPolytechnicUniversity,SchoolofElectricalEngineeringandAutomationDec,2009独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得天津工业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津工业大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津工业大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日学位论文的主要创新点一、提出了一种自调整模糊控制与PID控制相结合的改进算法，并将该算法实际应用到了生物医学实验用智能恒温培养振荡器的控制中。实验结果表明该算法具有良好的控制性能，能完全满足系统性能的设计要求。二、利用变频技术对电机进行控制，并采用PWM型变频调速方法，既能很好满足系统的控制要求，又在很大程度上节约了能源，具有良好的应用前景。三、设计了USB高速通信模块，将全程温度、速度、时间等数据实现USB数据传输、下载、上位机自动成图等数据处理功能。摘要本文阐述了智能恒温培养振荡器的电气控制系统的软件和硬件的设计。它主要包括恒温箱体的温度控制和电机的变频调速控制以及USB数据下载功能，实现了仪器的智能化。温度控制是整个设计的核心。在温度控制中，根据实际需要，采用AVRATmega128单片机、铂电阻PT1OO构成温度采集系统，使其在硬件上能达到很高的精度。通过采用自校正模糊控制与数字PID控制相结合控制算法的方法，可使温控精度在4~60℃范围内达到，并可实现温度设定值的循环可调。为了提高精度，本设计还利用软件对测量精度进行自校准；在变频调速控制中，主要以AVRATMega128单片机为核心，采用PWM型变频调速使电机在30~600rpm连续可调。此外，设计中还加入了光电隔离措施及电机过流自动保护和超限报警功能，以增强系统的安全性能。在USB通信模块中，主要以CH375B为核心，实现系统全程温度、数据、时间等信息的数据存储和传输，以便供上位机成图软件使用。本文依据实际工程背景，针对系统的总体结构及硬件设计、控制算法等关键问题进行了探讨。首先，按照系统提出的技术要求，依据可靠性高、实用性强、操作方便的设计原则，合理设计了温控系统和变频调速系统的总体结构。在对系统温度控制算法实现过程中，通过软件设计提高运算精度，通过硬件设计改善系统的测控精度，使该控制策略具有良好的控制精度和很强的鲁棒性，实验结果表明该设计完全达到了系统要求的技术指标。其次，针对系统的加热/制冷过程的复杂性，如时变特性和时滞特性，基于温控算法对控制策略进行了自寻优设计，大大增强系统对被控对象自适应性能。关键词:单片机，PID，模糊控制，温度控制，变频，自校正，USB通信AbstractThisessaygivesadetailedaccountofthedesignofthesoftandhardwaresofIntelligentconstanttemperaturecultureinstrument’selectriccontrolsystem.Itmainlyincludesthetemperaturecontrolofconsttemperaturebox,thevariable