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随着生活水平的不断提高,健康问题受到人们越来越多的关注。非典、禽流感疫情的发生,给我国造成了巨大的经济损失,也促使人们认识到要保障健康的生活,除了自身良好的生活习惯和强健的体魄外,公众选择和使用抗菌设备,在全社会营造一个安全、卫生、健康的生活环境,是一种防患于未然的有效途径。预真空压力蒸汽灭菌器是一种先进的灭菌设备,由于采用脉动真空技术,其灭菌效果好,目前已广泛应用于医院供应室、手术室、制药厂及科研等部门。在脉动真空灭菌设备中,由于温度和压力具有大惯性、大滞后、数学模型不易确定等特点,如果用常规PID进行调节,易产生超调大、系统振荡等问题。若要求达到较高的精度,则需要不断修改调节器参数,以适应对象模型的变化,导致控制算法以及程序实现都比较困难。
本研究利用模糊控制器广泛应用于复杂、非线性、不确定系统的优点,提出了一种分段模糊控制温度的方法,构成灭菌控制器算法。通过对控制对象的分析和对不同微控制器性能的反复比较,确定以AVR单片机为主控制器,配合相应的外围电路,组成了灭菌器控制系统的硬件平台。系统实现了信号采集与控制、灭菌参数实时显示、异常情况报警等功能。用户可根据待灭菌物品要求,方便地设置不同的灭菌参数,进行快速、有效灭菌。介绍了常用灭菌设备的类型和灭菌原理以及各自应用范围;接着对温度检测电路、压力检测电路、D/A转换电路、控制电路等进行了设计。通过Proteus软件进行的仿真分析,所设计的电路符合要求;在构建硬件电路同时,进行了相应的软件设计,给出了主程序流程图、模糊算法实现流程图等。同时借助Matlab中的Simulink和Fuzzy工具箱,对灭菌器模糊控制系统进行仿真分析,结合仿真结果优化相关参数,使得模糊控制器具有动态响应快、超调量小、稳定性好的优点:最后,用Proteus搭建了整个控制系统的硬件电路,将编制好的C语言程序写入(虚拟)单片机,对系统的软硬件进行仿真。