文献综述
1． 课题研究现状与发展趋势
温度是与人类生活息息相关的一个参数，大到工业生产，小到日常生活，温度都对我们产生重大的影响，所以温度控制的研究对人类发展具有重大现实意义。比如，光纤生产过程中，需要对芯棒进行烧结，如果燃烧时温度控制不合理，芯棒将会产生气泡或者烧制不均匀，导致生产不合格；炼钢过程中温度控制也是极为重要的环节[1]，温度控制不当的后果是价值上亿的钢水毁于一旦；空调是每个家庭中必备的家用电器，用来调节室内温度，使人感到舒适，这与温度控制同样密切相关。如何设计合理的控制器，使得温度控制系统能够快速、准确地调节温度对象达到设定值是温度对象控制技术的最终目标[2]。
目前，由于PID控制原理简单、使用方便、适应性强、鲁棒性强，以及控制品质对被控对象的变化不大敏感PID温度控制的发展可以归为如下3个阶段[3]：经典控制技术阶段、现代控制技术阶段、智能控制技术阶段。目前，微型计算机与智能算法已经成为温度控制的重要方法，智能化、网络化、虚拟性、一体化与开放性是温度控制的方向[4]。因此，温度对象的参数估计及控制器的设计研究、应用和推广均具有十分重要的意义。
控制技术在温度控制中得到了广泛的应用，尤其是用于可建立精确数学模型的确定性系统中。但是温度控制过程中存在着很大的时滞性和很强的干扰[5]，温度试验箱本身也具有非线性、时变、不确定性等特点，因此衍生出模糊PID 控制器，并在这一近年来迅速发展。
为了研究温度对象的参数估计、设计控制器，必先对温度控制过程进行研究。在温度控制的理论研究方面，目前国内已经达到国际先进水平。但由于应用起步较晚，国产温度控制器的发展，相对国外而言在性能方面还存在一定的差距。最大的差别主要还是在控制算法方面，具体表现为国内温度控制器在全量程范围内温度控制精度低，自适应性较差[6]。但是由于国内工程技术人员的不懈努力，智能温度控制方面我们也取得了一定的成果。唐山钢铁公司高速线材厂运用模糊控制理论和传统的PID控制相结合，不仅成功实现了自动控制，而且还使吨钢油耗指标大幅度下降，取得了近千万元的经济效益。
早期热试验设备，主要采用模拟量和开关量控制，当温度未达到设定值时，开启加热器，当温度超过设定值时开启制冷机[7]。其控制器也是由一些模拟电路和一些继电器组成，功能简单，温度等受控量波动大。随着实验设备控制温度精度要求的提高，模拟量PID 控制开始应用于温度控制中。到20 世纪七八十年代环境试验设备控制器主要是由温度控制的PID 调节器及其他外围电路组成。这种控制器的缺点是只能进行定点温度控制，显示方式也主要采用模拟仪表显示[8]，操作不方便。在二十世纪八十年代中后期，基于微处理器技术的应用，出现了采用微处理器的专用程序编辑器，从而解决了交变试验问题。通过专用程序编辑器将交变试验中每一步的温度、时间的设定值输入到微处理器中[9]，然后微处理器根据设定值调节试验箱内温度，同时模拟量PID 调节也被数字PID 调节所取代。
进入到二十世纪九十年代中期，随着微处理器及软件技术的进一步发展，以及用户对试验设备自动化水平要求的日益增强，实现了对设备进行全面监控，即对温度的程序控制、设备安全保护及配电逻辑控制、实现故障自诊断[10]、故障报警以及LCD 操作显示和文字化的界面的新型控制器。控制算法越来越精密，除了常规PID 及其改进型算法之外，模糊控制、智能控制等算法也逐渐有所应用。到二十世纪九十年代后期至今，微处理器进一步发展，出现了ARM等高性能32位微处理器。温度控制在传统功能上进一步加强，采用大容量SDRAM 和FLASH[11]，使存储交变试验温度程序量大大增加；采用大尺寸高颜色分辨率的真彩液晶显示屏和触摸屏，使得控制器具有丰富的显示内容(包含程序曲线图形输入，试验曲线的图形记录显示、帮助菜单等)；采用高精度专用ADC[12]，提高温度测量精度等。同时，嵌入式操作系统、工业以太网等技术也开始应用于温度控制器。总之随着微电子技术、现代控制技术、软件技术的飞速发展，温度控制器朝着具有自适应控制、节能控制、成本更低、通用性更强的方向发展[13]。
综上所述，温度对象的参数估计及控制器设计还有很大的研究和开发空间。
2．本课题研究意义与价值
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