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分析仪加样机构模糊自适应PID控制方法的研究

作　者: 顾星
导　师: 姚玉峰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 加样机构 运动控制 模糊控制 自适应控制 PID
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 22次
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内容摘要


“全自动化学发光免疫分析仪”是通过检测样本中特异性的抗原或抗体，对人体进行疾病诊断的医学检验分析仪器。三维加样机构作为其重要的一个组成部分，负责微量生物试样和纳米磁珠的吸取、转移和分配，其运动速度、运动的平滑性以及定位精度直接影响仪器工作的速度和检测的精度。由于分析仪在批量化生产过程中，零件的加工误差和装配精度不同导致加样机构的运动环境有所改变，传统PID控制器的同一组参数不具有普遍适用性，需对每台仪器的参数进行整定，费时费力，为此本课题研究一种具有自适应能力的运动控制方法。将模糊控制与传统PID控制相结合的模糊自适应PID控制器能够不依赖被控对象的数学模型，根据被控对象的响应在线调整PID控制器的三个参数使其达到理想的控制效果，既具有模糊控制灵活性高、适应性强的特点，又具有传统PID控制精度高、鲁棒性强的优点，确保实现加样机构的精确运动控制。本文首先分析了加样机构的运动控制指标和要求，选择TMS320F2812作为主控芯片，并基于该主控芯片设计所需的传感器信号采集电路、通信电路、电机驱动电路等，构成加样机构的闭环运动控制系统，为后续运动控制方法的研究搭建平台。然后，设计基于模糊自适应PID的运动控制器，确定模糊控制器的输入量和输出量的模糊论域，总结PID控制规律，制定模糊规则、模糊推理方法和去模糊方法。在MATLAB中利用FUZZY工具箱建立模糊控制器，以直流电机的仿真模型为被控对象进行仿真实验，并同传统PID运动控制器作比较，确定模糊自适应PID控制方法的可行性。最后，将模糊自适应PID控制方法用C语言程序实现，进行分析仪加样机构运动控制的实验研究，验证控制系统硬件、运动控制方法以及软件程序的有效性。实验过程中将模糊自适应PID控制方法与传统PID控制方法做控制效果的对比，并且通过调节加样机构的轴承预紧力、同步带松紧程度和运动惯性来验证控制方法的自适应能力。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 课题背景和研究意义  9
  1.2 分析仪的国内外研究现状  9-10
  1.3 模糊自适应 PID 控制的国内外研究现状  10-13
  1.4 主要研究内容  13-14
第2章 加样机构控制系统硬件设计  14-23
  2.1 引言  14
  2.2 加样机构控制要求分析  14-17
    2.2.1 加样臂运动速度分析  14-15
    2.2.2 驱动参数分析  15-16
    2.2.3 传感器参数分析  16-17
  2.3 控制总体方案设计  17-19
  2.4 单元模块设计  19-22
    2.4.1 电源电路和时钟电路  19
    2.4.2 通信电路  19-20
    2.4.3 光电隔离电路  20-21
    2.4.4 电机驱动电路  21-22
    2.4.5 电路板 PCB 设计  22
  2.5 本章小结  22-23
第3章 模糊自适应 PID 控制器的设计与仿真  23-38
  3.1 引言  23
  3.2 传统 PID 控制的不足  23-24
  3.3 模糊自适应 PID 控制器的设计  24-30
    3.3.1 模糊自适应 PID 控制器的结构  25-26
    3.3.2 变量的模糊化  26-27
    3.3.3 模糊规则表的建立  27-30
    3.3.4 模糊推理和去模糊化  30
  3.4 模糊自适应 PID 控制的仿真模型设计  30-34
    3.4.1 直流电机的建模  30-32
    3.4.2 matlab 模糊自适应 PID 控制器设计  32-34
  3.5 仿真实验  34-37
    3.5.1 不同目标位移仿真实验  34-35
    3.5.2 抗干扰仿真实验  35-37
  3.6 本章小结  37-38
第4章 加样机构控制系统的软件设计和实验  38-51
  4.1 引言  38
  4.2 模糊自适应 PID 算法的实现  38-42
    4.2.1 建立模糊查询表  38-41
    4.2.2 IQmath 的应用  41-42
  4.3 软件设计  42-44
    4.3.1 主程序结构  42-43
    4.3.2 中断服务程序结构  43-44
  4.4 实验平台  44
  4.5 实验及结果分析  44-50
    4.5.1 模糊自适应 PID 与传统 PID 对比实验  44-46
    4.5.2 自适应能力实验  46-50
  4.6 本章小结  50-51
结论  51-52
参考文献  52-57
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  57-59
致谢  59

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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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