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《宁波大学》 2017年
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基于模糊PID参数自整定的细胞培养箱温度控制研究与实现

刘大军  
【摘要】:温度控制作为是影响细胞培养的一个关键因素,直接关系着细胞培养能不能达到最佳的培养效果。因此,一个温度控制精度高并且温度均匀性好的细胞培养箱将具有广泛的商业应用价值。当前,在细胞培养箱温度控制中,传统PID控制器仍然应用最广泛,其参数整定比较复杂,需要大量的在线参数调试,若被控对象的数学模型不能精确建立,根据传统PID的理论基础和控制特性去设计控制系统,所得控制参数无法保证温度控制系统的控制精度、温度均匀性以及鲁棒性等。针对细胞培养箱温度控制具有一阶惯性、非线性、纯滞后性、易受外部因素影响且其数学模型难以精确建立等特性,本文设计一种基于模糊PID参数自整定的细胞培养箱温度控制系统,实现了对PID参数的实时在线调整,并针对温控系统的软硬件开发和模糊PID控制算法设计进行了详细的分析。硬件方面,基于F28M35处理芯片为核心设计了完整的温度控制系统,包括温度测控、系统电源、通信电路以及人机交互等。软件系统采用了面向对象模块化设计,因此具有良好的通用性,共享性以及抗干扰性强等优点。该模糊PID参数自整定控制算法不用建立被控对象的数学模型,具有良好的动态响应以及适应性强,温度稳态精度高。实验表明,该模糊PID参数自整定温度控制算法,温度从26℃上升到目标温度37℃,建立稳态的时间为2890s,温度超调控制范围限制在0.05℃以内,系统温度控制精度为±0.1℃,温度均匀性在±0.3℃以内,并在相同型号的细胞培养箱上同样得到验证。在控制稳定性方面获得了比传统PID控制更好的控温效果,稳定快,极小超调,温度控制精度高,能满足细胞培养箱温度控制的要求。
【学位授予单位】:宁波大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:Q813;TP273

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