簡體暖體假人的研制

【摘要】：暖體假人是模擬人體與環(huán)境之間熱濕交換的儀器設(shè)備,以電熱絲作為內(nèi)熱源來模擬人體散熱,主要用于測試服裝熱阻和環(huán)境舒適度。本文從假人表面溫度均勻性及假人表面溫度恒定控制這兩方面,對(duì)暖體假人進(jìn)行了初步研究與制作。 本文基于原先涂抹硅膠層模擬假人皮膚,重新設(shè)計(jì)了假人的皮膚敷設(shè),并進(jìn)行了一系列比較試驗(yàn)。通過比較圓鎳鉻絲和扁鎳鉻絲的敷設(shè)難易程度和兩者的溫度均勻性效果,確定使用扁鎳鉻絲來進(jìn)行敷設(shè)簡化制作。 基于先前簡單開關(guān)量溫度控制方法來控制假人表面溫度,本文為達(dá)到更準(zhǔn)確的溫度控制,利用Labview軟件編程,重新編寫了開關(guān)控制的程序,結(jié)合上位機(jī)及下位機(jī)硬件設(shè)備進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)手動(dòng)溫度控制方案達(dá)到要求的控制精度。此外,本文深入研究了PID控制算法,利用Labview軟件中的PID控制包進(jìn)行軟件編程,并更新了硬件系統(tǒng),最終實(shí)現(xiàn)假人表面溫度的自動(dòng)控制。 在研究初期,PID控制中的最佳比例控制Kp、積分控制Ti及微分控制Td系數(shù)是在常溫狀態(tài)下經(jīng)過多次試驗(yàn),得到最佳的控制效果之后挑選出來的。在后來的研究中本文利用Labview軟件編程來實(shí)現(xiàn)Kp、Ti、Td的自動(dòng)選擇,這樣計(jì)算機(jī)可以在不同的環(huán)境條件下自動(dòng)挑選出最佳的控制系數(shù)來進(jìn)行溫度控制,省去了很多人工挑選時(shí)間,而且比人工選擇更全面更準(zhǔn)確。 暖體假人的下位機(jī)系統(tǒng)是以實(shí)時(shí)控制溫度和功率測量為核心任務(wù)的軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)。由于各解剖段的工作原理都一樣,只有溫度采樣和控制量輸出的通道地址不同,以上溫度控制方法的研究都是就單獨(dú)一個(gè)通道的溫度控制來進(jìn)行分析的。研究后期,本文由單獨(dú)的局部研究轉(zhuǎn)為整體的軟硬件設(shè)計(jì)與制作,實(shí)現(xiàn)簡體暖體假人的多段控制,初步完成了簡體暖體假人的整套系統(tǒng)集成。 暖體假人的應(yīng)用側(cè)重于計(jì)算服裝的熱阻。因此在完善整體控制系統(tǒng)后,本文在研究的最后對(duì)服裝熱阻進(jìn)行了簡單的測試,但其測試精度還沒有達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。初步猜測是整套系統(tǒng)的加熱量流失導(dǎo)致了測試精度不高,本文就熱阻測試計(jì)算又進(jìn)行了一系列調(diào)整實(shí)驗(yàn),提出改進(jìn)方案,為后續(xù)完善假人制作以及測試精度奠定了基礎(chǔ)。 【關(guān)鍵詞】：暖體假人 溫度均勻性 開關(guān)量控制 PID控制 系統(tǒng)集成 服裝熱阻
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP273;TB17
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 暖體假人的研究背景及意義10-11
• 1.2 暖體假人的研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 暖體假人的研究趨勢(shì)13-14
• 1.4 虛擬儀器技術(shù)14-16
• 1.4.1 虛擬儀器簡介14-15
• 1.4.2 虛擬儀器軟件開發(fā)工具LabVIEW15-16
• 1.5 暖體假人研究的技術(shù)路線16-17
• 1.6 本文研究內(nèi)容17-18
• 第2章 暖體假人的皮膚敷設(shè)18-26
• 2.1 電熱絲的選擇18-24
• 2.1.1 電熱絲屬性參數(shù)18-19
• 2.1.2 鎳鉻電熱絲的敷設(shè)19-24
• 2.2 假人的皮膚敷設(shè)24-25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 第3章 暖體假人溫控系統(tǒng)方案的研究26-44
• 3.1 簡單開關(guān)量控制26-32
• 3.1.1 簡單開關(guān)量控制系統(tǒng)硬件26-30
• 3.1.2 簡單開關(guān)量控制軟件編程30-32
• 3.1.3 簡單開關(guān)量控制效果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)32
• 3.2 PID控制32-43
• 3.2.1 PID控制簡介32-36
• 3.2.2 PID控制系統(tǒng)36-37
• 3.2.3 PID控制軟件編程37-41
• 3.2.4 PID控制效果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)41-43
• 3.3 本章小結(jié)43-44
• 第4章 PID控制參數(shù)的自動(dòng)整定44-52
• 4.1 PID控制參數(shù)的整定方法44-46
• 4.1.1 擴(kuò)充臨界法44-45
• 4.1.2 過渡過程響應(yīng)法45-46
• 4.2 基于假人表面溫度PID控制參數(shù)的自動(dòng)整定46-50
• 4.3 本章小結(jié)50-52
• 第5章 暖體假人多段控制系統(tǒng)集成52-56
• 5.1 多段控制的硬件系統(tǒng)52-54
• 5.2 多段控制的軟件系統(tǒng)54-55
• 5.3 本章小結(jié)55-56
• 第6章 服裝熱阻的測試56-62
• 6.1 服裝的熱阻56-57
• 6.2 服裝熱阻的測試57-59
• 6.3 服裝熱阻測試的標(biāo)準(zhǔn)化59
• 6.4 服裝熱阻的測試實(shí)驗(yàn)59-61
• 6.5 本章小結(jié)61-62
• 第7章 全文總結(jié)與展望62-64
• 7.1 全文總結(jié)62
• 7.2 不足之處和展望62-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間主要的學(xué)術(shù)成果68-70
• 致謝70

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