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网络化半导体制冷系统的模型输出跟踪控制研究

作　者: 张国涛
导　师: 王东云; 范为福
学　校: 中原工学院
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: NCS 珀尔贴 CGT 模型输出跟踪 网络时延
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


网络控制系统(networked controlsystem,NCS)是使用网络来实现对系统的控制和远程分布控制的控制系统，NCS以良好的交互性，构造模块化、集成化，系统布线减少，易于扩展和维护等优点在各领域得到广泛的应用。但是，在网络控制系统中，各节点通过网络进行数据传递时，就可能会出现数据的传输中断、网络阻塞和数据的碰撞、多路传输等现象，这样就会导致控制系统数据交换的时间延迟。在系统运行过程中节点的数据处理也会导致时间延后。控制系统中网络延时的存在会降低系统的控制性能，严重的还会导致系统不能稳定，且对系统的快速响应影响尤为明显。本文主要分析了网络控制系统存在的问题及研究的现状，系统延时对系统控制性能的影响。针对系统中存在的延时问题，提出基于CGT(Command GeneratorTracker)的输出跟踪控制方法。针对铝板珀尔贴制冷装置网络控制系统，通过用高阶有理函数近似估计网络系统的延时，得到时延系统的模型。通过模型输出跟踪控制方法设计系统控制器并仿真验证控制性能。最后通过系统控制实验数据分析实际的控制效果。本文的内容包括以下的几个方面：首先介绍了课题的研究背景，阐述了网络控制系统的结构、特点及研究现状和网络延时的控制策略。第二章简述半导体制冷的发展及珀尔贴元件的制冷效应。通过对热力学方程的概述和珀尔贴器件的热量吸收计算建立铝板制冷装置的模型。第三章介绍了基于命令跟踪器CGT理论的模型参考自适应控制及研究的问题。进而给出了基于CGT理论的模型跟踪输出自适应控制控制器的设计。运用模型输出跟踪方法对含有延时估计的控制系统进行控制方法的设计，最后通过对控制系统的仿真验证了模型输出跟踪控制方法的控制性能。第四章介绍系统的总体设计构图，分析各硬件电路的工作原理。针对系统的控制进行软件的设计、调试。最后在设计的系统平台上进行实际的控制实验，根据实验数据分析控制系统的性能。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1. 绪论  9-16
  1.1 课题的研究背景和意义  9-10
  1.2 网络控制系统概述  10-13
    1.2.1 网络控制系统  10-11
    1.2.2 网络控制系统结构与特点  11-13
  1.3 存在问题及研究现状  13-14
  1.4 论文主要研究内容  14-16
2. 网络化半导体制冷系统及建模  16-25
  2.1 网络化半导体制冷系统  16
  2.2 半导体制冷概述  16-19
    2.2.1 半导体制冷及珀尔贴效应  16-17
    2.2.2 半导体制冷基本原理  17-18
    2.2.3 半导体制冷的应用及特点  18-19
  2.3 铝板制冷装置的建模  19-24
    2.3.1 模型概述及热传递  19-20
    2.3.2 铝板建模的热力学方程  20-21
    2.3.3 珀尔贴元件吸热量计算  21-22
    2.3.4 铝板制冷装置的模型建立  22-24
  2.4 网络化制冷系统建模  24
  2.5 本章小结  24-25
3. 网络化半导体制冷系统的模型输出跟踪控制  25-42
  3.1 模型输出跟踪控制基础  25
  3.2 基于 CGT 的模型跟踪输出控制策略  25-29
    3.2.1 模型参考自适应控制  25-26
    3.2.2 模型参考简单自适应控制  26-29
  3.3 基于 CGT 的网络化制冷系统跟踪控制  29-37
    3.3.1 网络化控制系统延时特性及控制  29-30
    3.3.2 网络化制冷系统跟踪控制结构设计  30
    3.3.3 网络化制冷系统并联反馈补偿器设计  30-33
    3.3.4 基于输出反馈的鲁棒稳定控制器设计  33-35
    3.3.5 基于 CGT 的模型输出跟踪控制设计  35-37
  3.4 系统控制仿真及结果分析  37-40
    3.4.1 控制系统仿真  37-38
    3.4.2 仿真结果分析  38-40
  3.5 本章小结  40-42
4. 网络化制冷系统的实验研究  42-56
  4.1 网络化制冷系统的总体设计  42-43
  4.2 控制系统硬件电路设计  43-47
    4.2.1 温度的采集与传输电路设计  43-45
    4.2.2 制冷驱动电路设计  45-47
  4.3 控制系统的软件设计  47-52
    4.3.1 系统的网络通信程序设计  47-48
    4.3.2 系统控制程序设计  48-50
    4.3.3 Java 调用的动态链接库生成  50-52
  4.4 控制系统实验结果分析  52-55
  4.5 本章小结  55-56
5. 总结与展望  56-57
参考文献  57-61
附录：硕士研究生学习阶段发表论文  61-62
致谢  62-63

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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