醫(yī)用恒溫箱的溫度控制器開(kāi)發(fā)與優(yōu)化.pdf

1、醫(yī)用恒溫箱用于藥品和試劑的加溫、保溫，其質(zhì)量指標(biāo)之一是箱內(nèi)溫度的動(dòng)態(tài)特性。醫(yī)用恒溫箱的溫度模型往往帶有一定的滯后性，由于模型的時(shí)間常數(shù)較大，因此具有大慣性的特性。此外，其對(duì)象特性還具有一定的時(shí)變性、非線性。根據(jù)恒溫箱種類(lèi)的不同，不同的恒溫箱帶有的不確定性不同。使用常見(jiàn)的控制器難以實(shí)現(xiàn)對(duì)這種復(fù)雜的對(duì)象很好地進(jìn)行控制，難以確保溫度的良好動(dòng)態(tài)特性。為了更好地控制醫(yī)用恒溫箱的溫度對(duì)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)其溫度的精確控制，保證其儲(chǔ)存的藥品試劑的質(zhì)量，有必要對(duì)

2、其溫度控制器進(jìn)行開(kāi)發(fā)與優(yōu)化。
　　醫(yī)用恒溫箱溫度控制器的開(kāi)發(fā)與優(yōu)化主要從辨識(shí)對(duì)象模型、根據(jù)模型設(shè)計(jì)控制器以及對(duì)所設(shè)計(jì)的控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化三個(gè)方面入手。
　　在辨識(shí)模型方面，本文使用改進(jìn)的含有偏置的繼電反饋辨識(shí)法得到醫(yī)用恒溫箱的傳遞函數(shù)模型。本文對(duì)傳統(tǒng)的繼電反饋辨識(shí)法的優(yōu)劣點(diǎn)進(jìn)行了討論，通過(guò)機(jī)理分析和公式推導(dǎo)得到了改進(jìn)的繼電反饋辨識(shí)法公式，在醫(yī)用恒溫箱上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明了該方法辨識(shí)結(jié)果準(zhǔn)確、過(guò)程快速、方法簡(jiǎn)便易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。<

3、br>　　在控制器的設(shè)計(jì)方面，本文針對(duì)模型準(zhǔn)確度不同的情況，分別設(shè)計(jì)使用無(wú)辨識(shí)自適應(yīng)控制器和IMC-Dahlin控制器進(jìn)行控制。無(wú)辨識(shí)自適應(yīng)控制不需要被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，對(duì)非線性對(duì)象、時(shí)變對(duì)象和辨識(shí)模型較不準(zhǔn)確的對(duì)象仍然可以保證較好的控制性能。IMC-Dahlin控制器的控制性能較無(wú)辨識(shí)自適應(yīng)控制好，對(duì)模型的準(zhǔn)確度要求略高，對(duì)模型辨識(shí)較準(zhǔn)確、非線性不是很?chē)?yán)重的大慣性對(duì)象可以取得較好的控制質(zhì)量。根據(jù)實(shí)際情況選用控制器，可以更加準(zhǔn)確、可

4、靠地對(duì)醫(yī)用恒溫箱的溫度對(duì)象進(jìn)行控制。
　　在優(yōu)化控制器參數(shù)方面，本文對(duì)無(wú)辨識(shí)自適應(yīng)控制器及IMC-Dahlin控制器的參數(shù)優(yōu)化規(guī)則進(jìn)行了研究。然后根據(jù)魯棒控制器設(shè)計(jì)原理，分別對(duì)無(wú)辨識(shí)自適應(yīng)控制器及IMC-Dahlin控制器的控制律進(jìn)行分析和推導(dǎo)，把控制器最優(yōu)參數(shù)的優(yōu)化求解問(wèn)題最終歸結(jié)為幾個(gè)線性矩陣不等式(LMI)的求解問(wèn)題，最終通過(guò)求解LMI計(jì)算出一組最優(yōu)的參數(shù)。
　　本文推導(dǎo)出了一種改進(jìn)的繼電反饋辨識(shí)法公式，通過(guò)進(jìn)行仿真以

5、及在恒溫箱上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明了本改進(jìn)的繼電反饋辨識(shí)法的可行性與可靠性。在計(jì)算出被控對(duì)象傳遞函數(shù)模型之后，又針對(duì)不同的應(yīng)用情況，分別設(shè)計(jì)無(wú)辨識(shí)自適應(yīng)控制器和IMC-Dahlin控制器，從原理和實(shí)現(xiàn)方法上對(duì)二者進(jìn)行了詳細(xì)的論述。在進(jìn)行了控制器設(shè)計(jì)之后，本文分別推導(dǎo)提出了上述的控制器的參數(shù)優(yōu)化方法。最終實(shí)現(xiàn)了在嵌入式系統(tǒng)控制器上的控制程序，并在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)合仿真的結(jié)果，證明了模型辨識(shí)方法、控制器設(shè)計(jì)法、控制器參數(shù)整定法的可行性