毕业论文课题相关文献综述
一、课题目的及研究意义
随着人们对高质量生活的追求和对环境保护的日益重视,在对各种有毒、有害气体的探测,对大气污染、工业废气的监测以及对食品和居住环境质量的检测等方面都对气体传感器提出了更高的要求。其中半导体气体传感是由金属氧化物半导体气敏材料做成的检测元件,自1968年问世以来,以其制作简单、成本低廉、响应速度快、使用寿命长以及对可燃性气体和某些有毒气体具有较高的灵敏度等优点而得到广泛的应用,现已成为世界上产量最大、应用范围最广的传感器[1-4]。但半导体气体传感器对环境变化非常敏感,从而影响识别目标气体浓度的精度。其中,流速对半导体传感器的动态响应和稳态响应都有影响[5,6]。所以，需设计微小气体流量控制系统来提高气体检测仪器准确性和精度[7,8]。
而在气体流量控制中,由于被控参数具有时变、非线性、不确定性等因素,常规的PID控制算法难以满足控制需求[9],而采用模糊自整定PID算法能够实现对气体流量的控制。运用模糊推理和PID控制相结合，使控制效果取得较好的快速性和稳定性。
在生产、生活中的有害有毒气体污染问题依旧有待解[10]，而本课题的设计使检测仪器的检测结果更加精确、快速。不仅避免了环境污染，而且避免了社会重大安全隐患与事故,使健康和财产安全更加有保障。
二、气体流量控制研究现状
目前，气体流量控制虽然已经实现了基础控制性能要求，但是针对半导体气体传感器的气体流量控制的主要存在以下的问题：半导体气体传感器所允许的气体流量范围为500～1000 sccm，属于微小气体流量的范围，稳定性较差，极易造成气体流速波动，从而影响气体检测仪器的准确性和精确度；微小气体流量控制系统属于复杂的非线性系统，有很多不确定性，常规的PID控制无法针对不同程度的偏差进行在线修改，参数整定，通常达不到实际需要的效果，单一的控制方法难以满足实现。
在气体流量控制现状中,蒋军等提出应用改进型的PCM脉冲编码技术控制气体流量[11，12]。应用双斜式A/D转换器的原理,利用PLC的内部的计数功能,将模拟量转换成时间量,在原有的不能处理模拟量的可编程控制器上,完成小型机或整体机PLC组建数字流量自动控制系统,以实现对气体流量的精确、快速地控制。提高了系统的性能价格比，此方案已成功地应用在数家炼钢厂的吹氩控制中。该控制系统的调节对象是执行机构,在传统产业技术等方面应用十分广泛,但无法对微小气体流量进行控制。
高辉中等人提出了基于增量式PID算法的气体流量控制方法[13],使用增量式比例-积分-微分(PID)算法来实现气体流量的动态控制, 给出了控制系统动态特性的数学描述。在气体流量控制器的设计阶段,首先在Ziegler-Nichol初始化基础上,试凑出一组具有良好控制效果的PID参数,并通过阶跃试验确认了该控制器的性能。增量式PID控制器在动态环境下具有较为理想的阻尼效果, 能够快速控制气体流量达到目标值, 保证流量满足系统要求,自适应能力好,而且结构简单,能够满足控制精度要求。
虽然PID校正控制以其结构简单、工作稳定、物理意义明确、鲁棒性强及稳态无静差等优点被广泛采用,但是PID控制参数一般都是人工整定,有其局限性,不能在线调整[14]。
根据半导体气体传感器的气体流量控制存在的问题，本课题采用模糊自整定PID算法气体流量控制将模糊算法与传统PID算法相结合[15]，来提高气体检测仪器的精确度与准确性。而且控制机理和策略易于接受与理解,设计简单,便于应用，具有实现性、创新性、经济性。
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