[發明專利]微型快速溫變實驗箱溫度控制系統和方法

在審

• 申請號: 202010909567.6
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN112214048A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 陳俊生;王維維;劉子楊;桑梓航;樸昌浩
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G05D23/19
• 分類號: G05D23/19
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 李金蓉

1.微型快速溫變實驗箱溫度控制系統，其特征在于：包括壓縮機制冷系統、PTC加熱器、TMS微控制器和大屏實時數據監控系統；

其中，所述壓縮機制冷系統包括冷凝器、蒸發器、毛細管和壓縮機構成制冷回路，壓縮機與冷凝器之間通過主冷電磁閥、輔冷電子膨脹閥和壓縮機冷卻電磁閥搭建了三條支路，構成主要制冷回路，輔助制冷回路和壓縮機冷卻回路；

所述PTC加熱器由TMS微控制器通過PWM脈寬調制，控制固態繼電器，從而改變加熱時間改變制熱量的大小；

所述TMS微控制器采用自適應模糊PID算法與有限狀態機結合的方式對工作室內的溫度進行控制；

所述大屏實時數據監控系統通過USB轉CAN模塊與TMS微控制器進行數據命令交換。

2.根據權利要求1所述微型快速溫變實驗箱溫度控制系統，其特征在于：所述PTC加熱器位于蒸發器后部，通過蒸發器的風扇，使加熱空氣在工作室內流動。

3.根據權利要求1或2所述微型快速溫變實驗箱溫度控制系統，其特征在于：所述主冷電磁閥控制主要制冷回路的斷開與接通，輔冷電子膨脹閥控制輔助制冷回路的斷開與接通，其控制方式由過熱度進行控制輔冷電子膨脹閥開度，壓縮機冷卻電磁閥控制壓縮機冷卻回路的斷開與接通。

4.根據權利要求1或2所述微型快速溫變實驗箱溫度控制系統，其特征在于：所述有限狀態機包括以下4個狀態：

初始狀態：初始化自適應模糊PID算法的中間參數和元器件的初始狀態；

快速加熱狀態：如果設定溫度遠大于實際溫度，進入全速加熱狀態；

快速制冷控制狀態：如果設定溫度遠小于實際溫度，進入全速制冷狀態；

溫度控制狀態：當設定溫度和實際溫度差在一定范圍內，進入自適應模糊PID調節狀態。

5.基于權利要求1-4任一項所述微型快速溫變實驗箱溫度控制系統的控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

A.初始化：開啟蒸發器風扇，關閉PTC加熱器，關閉壓縮機制冷系統，等待大屏實時數據監控系統發送的設定溫度；

B.實際溫度和設定溫度在的差值大于t攝氏度時，如果設定值大于實際值，則開啟PTC加熱器，如果設定值小于實際值，則開啟主要制冷回路，關閉PTC加熱器，進行制冷操作；當工作室溫度大于40℃時，開啟壓縮機制冷回路；

C.實際溫度和設定溫度差值小于等于t℃時，則采用自適應模糊PID算法對工作室內的溫度進行控制，在進行模糊自適應PID算法的過程中：通過設定值與實際值的誤差，和誤差的導數，通過量化因子到模糊論域中，然后通過模糊推理，反模糊化，輸出PID輸出結果進行自適應PID調節；通過PID參數計算后的PWM輸出給固態繼電器調節，并且在PID控制階段，壓縮機制冷系統開啟輔助制冷回路；

D.如果設定值發生改變，則重復A至C步驟，將工作室的溫度控制到設定溫度。

6.根據權利要求5所述微型快速溫變實驗箱溫度控制方法，其特征在于：所述自適應模糊PID算法包括以下步驟：

(1)構建離散化增量式PID的控制表達式，并對誤差部分做處理，以及對輸出的增量式PID的控制對象進行限制；

(2)通過自適應模糊PID的參數Kp，Ki，Kd計算后，輸出一路脈寬調制PWM信號輸入給固態繼電器，控制PTC的加熱時間，從而控制其溫度。