一、设计任务与要求

1. 任务

设计并制作一个恒温空调自动控制系统，控制对象为在有机玻璃容器内的空气。温度可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度升高时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。

2.要求

（1）温度设定范围为15~26℃，最小区分度为1℃，标定温差≤1℃。

（2）环境温度升高时，温度控制的静态误差≤1℃。

（3）采用适当的控制方法，当设定温度突变（由26℃提高到16℃）时，减小系统的调节时间和超调量。

（4）用十进制数码显示容器中空气的实际温度。

二、方案设计与论证

温度可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度升高时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。此要求测温模块占用MCU时间较短，能及时跟踪环境变化，故对测温模块和控制部分的要求比较高。

控制部分分析

方案一、PID控制

PID控制器作为最早实用化的控制器，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需要十分精确的系统模型等先决条件，因而成为最为广泛的控制器。但PID也有其固有的缺点：

1. PID对系统基本线性和动态特性不随时间变化的系统能控制。而很多工业过程是非线性和时变的。

2. PID的参数K p T i和Td必须根据过程的动态特性整定的很好。如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性的变化，PID参数重新整定。实际应用中PID参数的整定很困难。

3. PID在控制非线性、时变、耦合及参数和结构不确定的复杂过程时总是无能为力。

方案二、自适应控制

自适应控制可以看做是一个能根据环境变化智能调节自身特性的反馈控制系统，以使系统能按一些设定的标准工作在最优状态。传统的自适应控制适合于没有大时间延迟的机械系统和对设计的系统动态特性很清楚的情况。

但在工业过程控制应用中，传统的自适应控制并不如意。上述PID自整定方案可能是最可靠的，广泛应用于商业产品中。传统的自适应控制存在4个基本问题：需要复杂的离线训练；辨识所需的充分激励信号和系统平稳运行的矛盾；实际应用中，对系统结构假设，模型的收敛性和系统稳定性无法保证；另外，传统自适应控制方法之中结构的信息，在处理非线性、变结构或大时间延迟时很难。

方案三、鲁棒控制

鲁棒控制是一个着重控制算法可靠性研究的控制器设计方法。鲁棒性一般定义为在实际环境中保证安全要求系统最小必须满足的要求。鲁棒控制系统的设计要由高级专家完成，一旦设计成功，就不需太多的人工干预，如果要升级或作重大调整，系统就要重新设计。

鲁棒控制方法，对时间域或频率域来说，一般假设过程动态特性的信息和它的变化范围。一些算法不需要精确的过程模型但需要一些离线辨识。

一般鲁棒控制系统的设计是以一些最差的情况为基础，因此一般系统并不工作在最优状态。鲁棒控制方法适用于稳定性和可靠性作为首要怒表的应用，同时过程的动态特性已知且不确定因素的变化范围可以预估。飞机和空间飞行器的控制是这类系统的典型例子。

测温部分分析

方案一、使用集成芯片DS18B20，此芯片测温范围宽，反应迅速，但是读取一次温度的时间较长，比较浪费MCU时间。

方案二、采用PT100电桥测温电路，此模块反应迅速，直接输出电压值送入AD采样，但是硬件电路较为复杂，数据处理也比较困难。

综上分析，MCU控制部分采用PID算法，测温模块采用集成芯片DS18B20。