当前恒温恒湿培养箱智能控制系统研究现状及发展趋势

目前使用的恒温恒湿系列培养箱主要分为三种:直接电热式培养箱生化培养箱二氧化碳培养箱其发展经历了从指针式到数字式显示再到如今的触摸液晶屏显示;从模拟控制到如今的数字控制;从士1℃提高到0.1℃甚**更高的控制精度;从小到大的箱体体积,甚**发展到几百立方米大的步入式恒温恒湿实验室。八十年代以前,我国实验室无论规模大小或级别高低,使用的恒温J恒湿培养箱大多数都是从西方国家引进的,价格自然比较昂贵。随着生物技术已成为我国高技术战略领域中的发展重点之一,我国也开始自主研究生产培养箱。如图1一2(a)伪)所示。
虽然国产培养箱价格便宜,甚**只有进口设备一半左右,但大多数实验室仍然热衷于进口的培养箱,主要是因为国产货目前在温度、湿度等指标的控制精度、稳定性、可靠性等方面满足不了用户的使用要求,尤其是一些科研单位为了科研工作正常进行,不惜花费巨资去购置进口货,更有甚者干脆只使用进口产品。虽然进口产品质量上比较有保障,但价格昂贵,而且售后服务不是很方便。我国目前培养箱的生产尚处于初级阶段,从为满足生物技术领域发展的需求来讲,还有很大差距,而今后医药、农业方面都是有待大力扶持振兴的薄弱方面。因此,培养箱是很富有潜在市场的一个产品。我国实验设备堕需更新换代,高质量、高水平的国产培养箱将替代进口产品〔6〕。
普通的恒温恒湿装置中所使用的控制算法一般为开关控制和Pm控制〔71〔8]。常规PD算法是过程控制中应用**为广泛的一种基本控制规律,具有稳定性高、鲁棒性好等优点,但其对时变非线性系统来说控制就难以达到很好的效果。而模糊控制不用建立数学模型,根据实际系统的输入输出的结果数据,参考现场操作人员的运行经验,就可对系统进行实时控制。模糊控制实际上是一种非线性控制,从属于智能控制的范畴〔们。模糊控制能获得良好控制效果的关键是要有一个完善的控制规则。但由于模糊规则是人们对受控对象或过程模糊信息的归纳,对高阶、大时滞、非线性、时变参数以及随机干扰严重的复杂控制对象或过程,人们往往难以总结完整的经验或认识比较贫乏,这使得单一的模糊控制有时很粗糙,难以适应不同的运行状态,控制效果也受到影响。常规模糊控制存在两个主要问题:稳态控制精度的改进和智能水平与适应能力的提高。实际工程应用中,往往是在模糊推理或模糊控制的思想的基础上,结合其它相对成熟的控制方法或理论,使其各自的优点得到充分发挥,从而获得理想的控制效果。由于人们能很容易广泛接受模糊规则和语言,再加上在微处理器和计算机中模糊化技术能很方便的实现,所以这种结合能获得良好的效果,并展现出强大的生命力〔`0]。对模糊控制的改进方法大致分为自适应和自学习模糊控制、模糊复合控制以及模糊控制与智能化方法结合等三个方面。