半导体制冷器温度模糊控制技术研究

、 自 动控制 与 。__ · 船 、辩 ” 检0 测 强 半导体制冷器温度模糊控制技7I{：研究 李 伟，田梦君，王瑞丰 (西北工业大学，陕西 西安 710072) Fuzzy Control Technology Applied in Temperature Control of Thermal Energy Converter L1 wei，TIAN Meng—jun．WANG Rui—feng (Northwestern Polyteehnlcal University，Xi’an 7 10072．China) 摘要：根据珀耳贴效应并针对半导体制冷器的 特性，提出了一种温度模糊控制 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。通过对半导 体制冷器的建模以及模糊控制器的设计，建立了整 个模糊控制系统的仿真模型。实验结果表明，模糊 控制器动态输出的超调量和静态误差均比传统 PID 小，并且控制系统具有良好的稳定性。 关键词：珀耳贴效应；模糊控制；温度控制；超调 量；静态误差 中图分类号：TP273．4 文献 标识 采样口标识规范化 下载危险废物标识 下载医疗器械外包装标识图下载科目一标识图大全免费下载产品包装标识下载 码 ：A 文章编号：1001—2257(2006)12—0037—03 Abstract：According to the Pehier effect and contraposing the characteristic of TEC，the method of fuzzy control is presented．Producing the emula— tional model of the fuzzy control system of TEC by designing the model of TEC and fuzzy controlor． The results of experiment show that the maximum overshoot and static error of dynamic output of fuzzy control system are more less than that of PID control system ，and it also has good robustness and stability． Key words：Pehier effect；fuzzy eontrol；tem— perature control；maximum overshoot；static error O 引言 半导体制冷器是利用珀耳贴效应的一种制冷装 置，因为其小型化、无噪声，并且不需要使用制冷剂 以及使用寿命长的特点，在空间实验技术、医疗技 术、航空航天以及生物工程技术等温度控制领域得 到了广泛的应用 。由于家用冰箱和空调普遍采用 收稿 日期：2006一O8一l7 基金项目；西北工业大学研究生创新基金资助项目(05078) 《机械与电子~2006(12) 一 L 一 一 — — — — — 图 l 半导体制冷器结构 载体器件一般安装在半导体制冷器上，通过改 · 37 · 维普资讯 http://www.cqvip.com 变流过半导体制冷器的电流方向(决定制冷或制热) 和大小(不能超过型号所要求的最大值，否则制冷器 会烧坏)，以调节载体的温度。 若流入或流出载体的热量速率为 Q，载体向周 围散发(吸收)的热量速率为Q。，根据热力学定律有 如下关系： c dT — Q—Qo 式中，C是载体的热容量。载体温度 T的大小 取决于电流流过半导体制冷器所产生的电功率，并 且 Q与i具有非线性 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 关系： Q一厂(f) (2) 由于只考虑工作点附近的变化，因此可将上述 函数关系进行线性化处理，由于 T Qo= (3) 』、 m 其中R 是载体的热阻。分别设 C·R =T。， T0是 T(￡)变化的时间常数，k·R， 一Ko，k为式(2) 在线性段的斜率。因此式(1)可写成动态方程 ，|T T0 +T=K0i (4) 这就是流过半导体制冷器的电流 T(￡)与 f(￡) 的动态微分方程。其传递函数为： ，一 一 (5) 2 模糊控制原理及模糊控制器设计 模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模 糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制。模糊控 制是一种非线性控制。同时又属于智能控制的范 畴，而且它已成为目前实现智能控制的一种重要而 有效的形式[2]。模糊控制的基本原理如图 2所示。 图 2 模糊控制系统原理 模糊控制器的控制由计算机的程序实现。其控 制过程为：计算机经过中断采样获取被控制量的精 确值，然后将此量与给定值比较得到误差信号E以 及误差的变化EC。并把 E和EC的精确量进行模 糊化变成模糊量，E和EC的模糊量可用相应的模 糊语言表示。并由此分别得到E和EC的模糊语言 集合的子集 e和 △ 。再由 ，Ae和模糊控制 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf R · 38 · (模糊关系)根据推理的合成规则进行模糊决策，可 得到模糊控制量 “。“去模糊化后并经过比例因子 可转化为实际的控制量。算法流程如图3所示。 (开 始 ) t l设置基本论域l 坚 > l计算E．Ec l < 轰 盲舵 设置E．EC为最大或最小值 查询模糊规则表求控制量“ 制输出范亩 设置u为最大或最小值 I堕 壅 j 图 3 模糊控制算法流程 因为模糊控制器的控制规则是基于模糊条件语 句描述的语言控制规则，所以模糊控制器又称为模 糊语言控制器 。分别设置误差和误差变化的论 域均为： E—EC={一6，一5，一4，一3，一2，一1，0，1，2， 3，4，5，6) 分别用 7个模糊词汇(模糊语言变量)进行模糊 化处理，即{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB) 考虑到半导体制冷器的电压输入范围，输出控 制量的论域为： = {一8，一7，一6，一5，一4，一3，一2，一1，0， l，2，3，4，5，6，7，8} 用 9个模糊词}[(模糊语言变量)进行模糊化处 理 ，即{NL，NB，NM，NS，O，PS，PM，PB，PL) 按照相邻隶属函数重合度的概念及其取值范围 可以分别建立误差 E，误差的变化 EC以及模糊控 制器的输出控制量U的隶属函数曲线，如图4所示。 图 4 隶属函数曲线 《机械与电子))2006(12) 维普资讯 http://www.cqvip.com 遵循反馈及反馈控制的思想，人的手动控制决 策可以用语言来描述，总结成一系列的条件语句，即 控制规则 J。运用汁算机程序来实现这些控制规 则，可使计算机取代人进行模糊 自动控制。其控制 规则如表 l所示。 表 1 模糊 规则控制表 ZO PB PB PM Z(】 NM NB NB NB NM NS ZO PS PM PB PL PL PB PM pM NS NM PL I，B I B PS I]S NS NM PL PB PM Z() ZO NM NB PB PM ZO Z() NM NB NL PM PS NS NM NB NB NL PM PS NM NB NB NL NL 3 Simulink仿真 实验采用 Matlab的 Simulink进行半导体制冷 器温度模糊控制系统的仿真。Simulink是 Matlab 附带的一个模块化的函数库，有应用方便、灵活以及 模型直观、易于调试的特点。对于不同的载体，可查 阅其热容量C、热阻R 以及相应的k值以计算载体 模型参数，实验以空气为载体，以半导体制冷器在空 调器应用方面作基础性实验研究。通过计算可取 K。：5．95，To一421，可根据模糊控制的基本理论以 及大量实验确定量化因子及比例因子的值，先对比 模糊控制和PID的控制效果，并对制冷和制热 2种 模式以及不同的初始温度环境下对设定温度值的趋 近进行仿真，如图 5和图 6所示。图5中，初始温度 为一l5℃，一lO℃，一5。C，设定温度为 2O℃，上升较 缓 3条曲线为模糊控制系统输出；图6中，初始温度 为 4O℃，35℃，3O℃，设定温度为摄氏 26℃，下降较 缓 3条曲线为模糊控制系统输出。 o 5o 1 oo 1 5o t／s 图5 模糊控制和 I lD控制制热输出 《机械与电子))2006(12) t／ 图 6 模糊控制和 PID控制制冷输出 4 结束语 模糊控制系统的模糊控制器除了要有一个好的 模糊控制规则外，合理的选择模糊控制器输入变量 的量化因子以及输出控制量的比例因子也非常重 要。实验结果表明，量化因子和比例因子的大小以 及不同量化因子之间的相对大小关系，对模糊控制 器的控制性能影响很大：误差的量化因子选择较大 时，由于缩小了误差的基本论域，增大了误差变量的 控制作用，可导致上升时间变短，但由于出现超调， 使系统的过渡时间变长；误差的变化的量化因子选 择较大时，系统超调量减小，但系统的响应速度变 慢。 由图 5和图 6可以看出，模糊控制系统的控制 输出无超调，并且静态误差很小，而 PID控制系统 虽然静态误差小，但都有不同程度的超调量。因此， 半导体制冷器温度模糊控制系统的精确性和稳定性 明显优于PID控制系统。 参考文献； [1] 陈振林．半导体制冷器的原理与应用[J]．微电子技术， l999，27(5)：63—65。 [2] 韩峻峰，李玉惠，等．模糊控制技术[M]．重庆：重庆大 学出版社 ，2003． [3] 张 娜，于永力 ，田小建。半导体激光器恒温控制理论 与应用[J]．吉林大学学报，2002．40(3)：284—287． [4] 李维林．刘繁明，陈 玲．基于半导体制冷器数学模型 的 TEC制冷系统的效率估算[J]．应用科技，2003．30 (5)：20—22． [5] Wang Xiu Cai，Xiang Shi Wu．Zhong Yong，Leng Jing． The design of a self—adptive fuzzy control system[J]。 IEEE International Confcren on Intelligent Processing System．1997，13(2)：305 308． [6] Feng G，Cao S G，Rees N W，Cheng C M。Analysis and · 39 · 0 加 一 p 维普资讯 http://www.cqvip.com 嵌人式多机协调吊装控制系统设计与研究 田 磊 ，吕恬生 ，宋立博，刘 杰 (上海交通大学，上海，200240) Design and Research on the Embedded Control System of Multi——manipulator Cooperative Hoisting TIAN Lei，LV Tian—sheng，SONG Li—bo．LIU Jie (Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240．China) 摘要：在考虑 A／D检测精度、电机驱动和集成 度等因素基础上，设计了以 ADuC812为主控芯片， 8253为 PWM 产 生 芯 片，L298 为 驱 动 芯 片， EPM7128为接口芯片并具有吊装物体姿态检测、吊 索拉 力检测、电机伺服驱动和机器人控制功能的嵌 入式控制系统。同时，给出了系统硬件框图、部分软 件代码和上住机控制界面。进行的机器人协调吊装 和直升机升力测试实验表明，本嵌入式控制系统具 有运行稳定，功能定制，可靠性 高和通用性强等特 点 。 关键词：ADuC812；可编程逻辑芯片；VB；硬件 描述语言 中图分类号：TP242．3 文献标识码 ：A 文章编号：1001—2257(2006)12—0040一O4 Abstract：Taking such factors as A／D preci— sion，motor driving and system integration in ac— count，an embedded M CU system using an ADuC812 as master control chip。an 8253 as PWM producing chip，fl L298 as motor—driving chip and an EPM7128 as interface chip tO simulate multi—— UAV cooperative hoisting on the ground was de— signed in this paper．At the same time，the archi一 收稿日期：2006一O6—16 基金项目；国家自然科学基金资助项目(60475039) tecture of the hardware，some main software codes and the interface of the PC control system were given briefly．The experiments of multi—manipu— lator cooperation hoisting and the UAV lifting force measuring indicated the embedded control system was stable running，function customizing， high reliability，complete function and SO on． Key words：ADuC812；CPLD；VB ；VHDL 0 引言 旋翼型直升机(UAV)是利用空气动力学原理 在空中飞行的飞行器，其独具的定向、定点悬停能力 使其具有广泛的民事和军事用途，随之成为国内外 自动控制、智能控制和动力学研究领域的热点。而 在军事侦察、大型设备吊装和吊运等场合，多直升机 间的协调控制亦相应成为学术界的重点研究内容之 一 。 目前，国内外多机协调研究侧重于队形规划和 多机含高度在内的位置协调控制，而对吊装物体位 置、姿态和吊索拉力协调方面的研究还很少。在国 家自然科学基金项目支持下，本课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 研究采用 3台 工业机器人模拟直升机运动，建立多机协同作业地 面仿真场景，实现吊装物体姿态稳定和力控制的方 法和技术 。 [7] [83 design of model based fuzzy control systems[J]．Fuzzy— IEEE，l997，9(3)：9Ol一906． 李 莉．个性化室内温度模糊控制系统的设计研究 EJ]．江苏理工大学学报，2001，22(3)：62—65． 马丙场．倪国宗．参数自调整模糊控制器在中央空调控 制系统中的应用[J]．自动化技术与应用．2003，22(2)： · 4O · 9— 13． [9] 韩峻峰，罗文广，张 巍．智能冰箱的温度模糊控制方 法研究[J]．广西工学院学报，1998，9(4)：30—34． 作者简介：李 伟 (1980--)，男，陕西武功人，两北工业大学 机电学院硕士研究生．研究方向为信息 j信号处理及智能信息控制 h 兰。 《机械与电子))2006(12) 维普资讯 http://www.cqvip.com