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基于Fuzzy-PID复合温度控制系统的铟点黑体辐射源的研制

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第一章 引言

1.1 研究背景及意义

1.2 项目来源和实用价值

1.3 主要研究内容和技术指标

1.4 本章小结

第二章 系统分析与设计方案

2.1 系统理论分析

2.2 系统设计

2.3 本章小结

第三章 黑体辐射源的研制

3.1 黑体辐射源的制作理论

3.2 制作要求

3.3 黑体辐射源的结构

3.4 本章小结

第四章 温度过程分析

4.1 加热过程分析

4.2 凝固过程分析

4.3 控温要求

4.4本章小结

第五章 温度控制器的理论与设计

5.1温度控制的设计理论及实施

5.2模糊控制器的设计

5.3 模糊自整定PID参数控制器设计

5.4 本章小结

第六章 测温电路设计

6.1 温度传感器概述

6.2 测温电路的基本组成

6.3 测量电路的设计

6.4 测量电路分析

6.5 测量温度的计算

6.5 温度稳定性实验

6.6 本章小结

第七章 系统的软、硬件设计

7.1 系统分类

7.2 下位机的软、硬件设计

7.3 上位机的设计

7.4 上位机、下位机通讯

7.5 本章小结

第八章 实验结果及分析

8.1 检测系统

8.2 控温过程凝固曲线图

8.3纵向温场实验数据

8.4 重复性实验数据

8.5 不确定度评定

8.6 本章小结

第九章 结论

致谢

参考文献

作者攻硕期间取得的成果

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摘要

近几十年由于辐射计量水平的提高(从10-2到10-5),因而辐射计量学又成为光度计量学和辐射温标的基础。500K-1000K全辐照基准是辐射学的基础,作为量值传递的国家基准,它已广泛被用于军工和民用红外探测器及黑体(红外)辐射源的标定,传递全辐照度。该基准装置的完善和现代化将带动光度学和辐射温标的现代化,在此情况下,我们研制了铟凝固点黑体炉,在原来的基础上延伸了温度范围,完善了我国全辐照量值溯源体系,达到了基准量值复现拓展了量传范围的目的。
  论文根据课题要求,从技术的现状和理论基础方面,规划和设计整个系统结构。在铟凝固点黑体炉研制方面,我们采用了高纯铟(纯度为99.9999%),根据黑体空腔理论,增加空腔辐射面积,改善空腔内温度均匀性,提高腔壁材料发射率,采用了直径为0.5mm的镍烙电阻丝,根据焦耳-楞次定律,算出电阻丝绕圈密度及加温能量。对于电加热黑体炉这样具有较大的滞后性、非线性、时变性的控制对象,单纯的采用传统的PID控制或模糊控制都不会取得较好的效果,我们采用了传统PID控制和模糊控制结合的方式即:Fuzzy-PID控制,这样既能发挥模糊控制的鲁棒性好、动态响应好、上升时间快、超调小的特点,又具有PID控制器的动态跟踪品质和稳态精度。
  根据Fuzzy和PID控制特性,采用Fuzzy和PID复合控制。在动态过程中,采用Fuzzy控制,而当系统接近或处于稳态时,自动切换到 Fuzzy-PID控制。两者的转换根据事先给定的偏差范围自动实现。这样既能充分发挥 Fuzzy控制在动态控制中快速性好的优势,又能通过 PID的精细控制,使系统的稳定性能达到要求。在构建此类系统时,除Fuzzy器的合理设计外,PID控制器参数的整定也很重要。
  若采用固定的PID控制,一方面参数的整定本身就较麻烦,另一方面不能满足在不同偏差和偏差的变化率下,系统对PID参数的自整定要求,整个系统的适应性和鲁棒性将下降。
  在测量方面,采用了稳定性高,测量范围广,线性度好的铂电阻温度计,并对其进行电路设计,获得较高的精度和稳定性。
  根据实际情况,做出了相应的设计。然后对设计完毕的整个系统进行试验整理。对其纵向温场、重复性等特性进行分析,符合实验要求。再对该黑体辐射源进行了不确定度评定,评定结果符合设计的要求。

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