醫(yī)用恒溫箱的溫度控制器開發(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，由于模型的時間常數(shù)較大，因此具有大慣性的特性。此外，其對象特性還具有一定的時變性、非線性。根據(jù)恒溫箱種類的不同，不同的恒溫箱帶有的不確定性不同。使用常見的控制器難以實(shí)現(xiàn)對這種復(fù)雜的對象很好地進(jìn)行控制，難以確保溫度的良好動態(tài)特性。為了更好地控制醫(yī)用恒溫箱的溫度對象，實(shí)現(xiàn)對其溫度的精確控制，保證其儲存的藥品試劑的質(zhì)量，有必要對

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

3、br>　　在控制器的設(shè)計方面，本文針對模型準(zhǔn)確度不同的情況，分別設(shè)計使用無辨識自適應(yīng)控制器和IMC-Dahlin控制器進(jìn)行控制。無辨識自適應(yīng)控制不需要被控對象精確的數(shù)學(xué)模型，對非線性對象、時變對象和辨識模型較不準(zhǔn)確的對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辨識自適應(yīng)控制好，對模型的準(zhǔn)確度要求略高，對模型辨識較準(zhǔn)確、非線性不是很嚴(yán)重的大慣性對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、靠地對醫(yī)用恒溫箱的溫度對象進(jìn)行控制。
　　在優(yōu)化控制器參數(shù)方面，本文對無辨識自適應(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)計原理，分別對無辨識自適應(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)化求解問題最終歸結(jié)為幾個線性矩陣不等式(LMI)的求解問題，最終通過求解LMI計算出一組最優(yōu)的參數(shù)。
　　本文推導(dǎo)出了一種改進(jìn)的繼電反饋辨識法公式，通過進(jìn)行仿真以

5、及在恒溫箱上進(jìn)行實(shí)驗，結(jié)果證明了本改進(jìn)的繼電反饋辨識法的可行性與可靠性。在計算出被控對象傳遞函數(shù)模型之后，又針對不同的應(yīng)用情況，分別設(shè)計無辨識自適應(yīng)控制器和IMC-Dahlin控制器，從原理和實(shí)現(xiàn)方法上對二者進(jìn)行了詳細(xì)的論述。在進(jìn)行了控制器設(shè)計之后，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)驗設(shè)備上進(jìn)行實(shí)驗，結(jié)合仿真的結(jié)果，證明了模型辨識方法、控制器設(shè)計法、控制器參數(shù)整定法的可行性