本文關鍵詞：機械制冷機溫度控制算法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前紅外探測技術(shù)已廣泛應用于天氣預報、環(huán)境監(jiān)測、災害預警、資源探測、農(nóng)業(yè)種植、漁業(yè)養(yǎng)殖以及軍事遙感領域,與國家的發(fā)展密切相關。在航空航天遙感領域,機械制冷機以其體積小、重量輕、穩(wěn)定性高等優(yōu)點成為紅外探測器組件的重要組成部分。機械制冷機溫度控制的精確性、穩(wěn)定性對高分辨率相機系統(tǒng)穩(wěn)定成像具有重要意義。國內(nèi)外機械制冷機主動溫度控制普遍采用比例-微分-積分(Proportion Integration Differentiation,PID)控制算法。由于對制冷機組件的數(shù)學模型缺乏了解,無法結(jié)合被控對象對PID控制算法進行深入分析,對制冷機閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)的仿真研究較少,因此PID參數(shù)的設計多依靠工程經(jīng)驗,費時費力。針對這些問題,本文對機械制冷機PID溫度控制算法進行了以下幾方面研究:首先,根據(jù)傳熱學和電路相關理論對制冷機溫度控制系統(tǒng)主要部件進行了理論建模,確定了模型結(jié)構(gòu)和階次,模型中的未知參數(shù)可以通過辨識得出。隨后建立了機械制冷機溫度控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制模型。其次,在分析PID控制基本原理的基礎上,結(jié)合制冷機組件的數(shù)學模型分析了增量式數(shù)字PID控制參數(shù)變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。然后,將制冷機組件的傳遞函數(shù)與增量式PID控制器相結(jié)合,給出了基于穩(wěn)定裕度的增量式PID參數(shù)穩(wěn)定域的計算方法,并進行了仿真驗證。最后,通過實驗法對制冷機組件數(shù)學模型的未知參數(shù)進行了辨識,并根據(jù)試驗結(jié)果總結(jié)了熱負載功率對制冷機組件傳遞函數(shù)的影響規(guī)律。建立了制冷機溫度控制系統(tǒng)的Simulink仿真平臺,并采用實驗與仿真相結(jié)合的方法分析總結(jié)了PID各參數(shù)以及實際應用中的約束條件對制冷機閉環(huán)溫度控制的作用規(guī)律。最終實現(xiàn)了控溫穩(wěn)定度±0.1K/30min的性能指標。
【關鍵詞】：機械制冷機 PID算法 模型參數(shù)辨識 穩(wěn)定域 參數(shù)整定
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP273;TB651
【目錄】：

• 致謝3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 課題的來源與背景9-10
• 1.2 課題研究現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 PID研究歷史和現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 機械制冷控制器的國內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀11-16
• 1.2.3 研究現(xiàn)狀分析16
• 1.3 主要研究內(nèi)容、創(chuàng)新點及章節(jié)安排16-19
• 1.3.1 主要研究內(nèi)容16-17
• 1.3.2 本文的創(chuàng)新點17
• 1.3.3 本文章節(jié)安排17-19
• 2 制冷機溫度控制系統(tǒng)構(gòu)成及其數(shù)學模型19-37
• 2.1 制冷機溫度控制系統(tǒng)19-25
• 2.1.1 軟件控制流程20-21
• 2.1.2 驅(qū)動電路21
• 2.1.3 測溫電路21-25
• 2.3 制冷機溫度控制系統(tǒng)模型25-30
• 2.3.1 驅(qū)動電路模型25-28
• 2.3.2 制冷機組件模型28-30
• 2.4 模型參數(shù)的辨識30-34
• 2.4.1 系統(tǒng)辨識理論基礎30-31
• 2.4.2 辨識步驟31-33
• 2.4.3 控制模型參數(shù)辨識方法33-34
• 2.5 溫度控制系統(tǒng)模型34-35
• 2.6 本章小結(jié)35-37
• 3 PID溫度控制算法37-47
• 3.1 PID控制原理37-39
• 3.1.1 PID控制規(guī)律37-39
• 3.1.2 PID控制器的階躍響應39
• 3.2 數(shù)字PID控制39-46
• 3.2.1 位置式數(shù)字PID控制器40-41
• 3.2.2 增量式數(shù)字PID控制器41-43
• 3.2.3 增量式PID參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響43-46
• 3.3 本章小結(jié)46-47
• 4 基于穩(wěn)定裕度的PID參數(shù)的穩(wěn)定域分析及仿真47-61
• 4.1 穩(wěn)定裕度47-48
• 4.1.1 相位裕度47-48
• 4.1.2 幅值裕度48
• 4.2 基于穩(wěn)定裕度的連續(xù)PID參數(shù)穩(wěn)定域48-56
• 4.2.1 Nyquist穩(wěn)定判據(jù)49
• 4.2.2 PID參數(shù)穩(wěn)定域的求解方法49-50
• 4.2.3 k_p的穩(wěn)定域50-51
• 4.2.4 k_i ,k_d的穩(wěn)定域51-56
• 4.3 基于穩(wěn)定裕度的增量式PID參數(shù)穩(wěn)定域56
• 4.4 基于穩(wěn)定裕度的PID參數(shù)穩(wěn)定域仿真56-59
• 4.5 本章小結(jié)59-61
• 5 實驗與結(jié)果分析61-81
• 5.1 實驗平臺61-62
• 5.2 模型參數(shù)的實驗辨識62-64
• 5.2.1 實驗設計62
• 5.2.2 數(shù)據(jù)的預處理62
• 5.2.3 模型參數(shù)的辨識62-63
• 5.2.4 模型驗證63-64
• 5.3 熱負載功率對制冷機組件模型的影響64-65
• 5.4 Simulink系統(tǒng)仿真65-66
• 5.4.1 Simulink系統(tǒng)模型搭建65-66
• 5.4.2 系統(tǒng)仿真模型驗證66
• 5.5 PID各參數(shù)對溫控效果的影響66-71
• 5.5.1 比例作用對溫控效果的影響66-68
• 5.5.2 積分作用對溫控效果的影響68-70
• 5.5.3 微分作用對溫控效果的影響70-71
• 5.6 制冷機功率限幅對溫控效果的影響71-73
• 5.7 控制增量限幅對溫控效果的影響73-78
• 5.8 控溫穩(wěn)定性78-79
• 5.9 本章小結(jié)79-81
• 6 總結(jié)與展望81-83
• 6.1 全文總結(jié)與主要結(jié)論81
• 6.2 研究方向展望81-83
• 參考文獻83-87
• 作者簡歷及在學期間的學術(shù)論文與研究成果87

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  本文關鍵詞：機械制冷機溫度控制算法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：357194