基于模糊PID的循环水温度控制系统研究

摘要

论文出自“02”重大专项光刻机-超精密温控系统的研制。
　　温度是生产、生活中一个主要的被控对象，随着高精密技术的发展，高精度、超高精度的温控系统越来越多被人们运用于工业生产中，温控的前景越来越广阔。由于温度控制系统的温度检测滞后于温度调控，所以很容易引起整个温控系统的温度过调、温度的振荡和温度控制器的参数变化，这种随机产生的温度变化和不可预知的参数调控直接增加了高精度温度控制的难度。
　　本文在分析了高精度温度控制系统的特点，以及分析了国内外大量高精度温度控制系统采用的控制方法之后，针对半导体制冷的特点，设计并研制了新型的温度控制器，具有温度控制精度高、位宽广、响应速度快、稳定时间长等优点。
　　本文设计的高精度温度控系统具有两个显著的优点：一是将模拟电路及数字电路的有机结合，通过电流来调节电压信号，根据不同的电流信号来实现电压信号的周期及脉冲调节来实现控制输出功率的目的；二是整个温控系统采用了粗调和微调相结合的控制方式，粗调是指温控系统能够快速的升温或降温，微调是系统最终达到稳定到设定温度。
　　控制系统采用的是美国微芯科技公司（Microchip Technology Incorporated） PIC24系列中的pic24hj12gp201型单片机，外围设计了合理有效的辅助电路。完成了半导体制冷模块粗调与微调之间的合理切换、温度信号采集/转换、非线性校正、RS232通信串口的软件编写、数字PID控制软件的编写、PLC程序的编写，实现了高精度温度控制系统与计算机之间的数据交换和计算机对高精度温度控制系统的实时监测。
　　本文建立了一套完整的温度控制系统，通过查阅大量相关文献，并通过大量的实验调节了模糊PID控制的参数控制过程，并在控制中添加了增量式PID控制算法和积分分离算法，通过实验证明调整后的高精度温度控制系统能较快的达到设定初始目标温度值，并能够长时间稳定在该温度值上。实验证明超精度温度控制系统具有控制精度高、响应速度快、温度波动小等优点，PID参数自整定控制算法也能很好的改良温控系统的响应曲线。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 国内外高精度温控仪的研究现状

1.3 温度系统研究现状

1.4 课题主要设计内容

第二章 温度控制原理和方法

2.1 半导体制冷

2.2 控制器的发展

2.3 小结

第三章 高精度温度控制系统硬件设计

3.1 温控系统的总体结构设计

3.2 制冷模块设计

3.3 加热模块设计

3.4 单片机硬件电路设计

3.5 抗干扰技术

3.6 小结

第四章 控制系统软件设计

4.1 概述

4.2 主程序

4.3 控制模块调试

4.4 小结

第五章 系统检测

5.1 系统数据检测

5.2 稳定性的验证

5.3 与相似产品的比对

5.4小结

第六章 结 论

6.1 本文中高精度温度控制系统的优点

6.2 高精度温度控制系统的不足及下一步工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果