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，其質量指標之一是箱內溫度的動態(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現對這種復雜的對象很好地進行控制，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，實現對其溫度的精確控制，保證其儲存的藥品試劑的質量，有必要對

2、其溫度控制器進行開發(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、根據模型設計控制器以及對所設計的控制器參數進行優(yōu)化三個方面入手。
　　在辨識模型方面，本文使用改進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模型。本文對傳統的繼電反饋辨識法的優(yōu)劣點進行了討論，通過機理分析和公式推導得到了改進的繼電反饋辨識法公式，在醫(yī)用恒溫箱上進行實驗驗證，證明了該方法辨識結果準確、過程快速、方法簡便易實現等特點。<

3、br>　　在控制器的設計方面，本文針對模型準確度不同的情況，分別設計使用無辨識自適應控制器和IMC-Dahlin控制器進行控制。無辨識自適應控制不需要被控對象精確的數學模型，對非線性對象、時變對象和辨識模型較不準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控制好，對模型的準確度要求略高，對模型辨識較準確、非線性不是很嚴重的大慣性對象可以取得較好的控制質量。根據實際情況選用控制器，可以更加準確、可

4、靠地對醫(yī)用恒溫箱的溫度對象進行控制。
　　在優(yōu)化控制器參數方面，本文對無辨識自適應控制器及IMC-Dahlin控制器的參數優(yōu)化規(guī)則進行了研究。然后根據魯棒控制器設計原理，分別對無辨識自適應控制器及IMC-Dahlin控制器的控制律進行分析和推導，把控制器最優(yōu)參數的優(yōu)化求解問題最終歸結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。
　　本文推導出了一種改進的繼電反饋辨識法公式，通過進行仿真以

5、及在恒溫箱上進行實驗，結果證明了本改進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模型之后，又針對不同的應用情況，分別設計無辨識自適應控制器和IMC-Dahlin控制器，從原理和實現方法上對二者進行了詳細的論述。在進行了控制器設計之后，本文分別推導提出了上述的控制器的參數優(yōu)化方法。最終實現了在嵌入式系統控制器上的控制程序，并在現有實驗設備上進行實驗，結合仿真的結果，證明了模型辨識方法、控制器設計法、控制器參數整定法的可行性