简体暖体假人的研制

【摘要】：暖体假人是模拟人体与环境之间热湿交换的仪器设备,以电热丝作为内热源来模拟人体散热,主要用于测试服装热阻和环境舒适度。本文从假人表面温度均匀性及假人表面温度恒定控制这两方面,对暖体假人进行了初步研究与制作。 本文基于原先涂抹硅胶层模拟假人皮肤,重新设计了假人的皮肤敷设,并进行了一系列比较试验。通过比较圆镍铬丝和扁镍铬丝的敷设难易程度和两者的温度均匀性效果,确定使用扁镍铬丝来进行敷设简化制作。 基于先前简单开关量温度控制方法来控制假人表面温度,本文为达到更准确的温度控制,利用Labview软件编程,重新编写了开关控制的程序,结合上位机及下位机硬件设备进行了一系列实验,实现手动温度控制方案达到要求的控制精度。此外,本文深入研究了PID控制算法,利用Labview软件中的PID控制包进行软件编程,并更新了硬件系统,最终实现假人表面温度的自动控制。 在研究初期,PID控制中的最佳比例控制Kp、积分控制Ti及微分控制Td系数是在常温状态下经过多次试验,得到最佳的控制效果之后挑选出来的。在后来的研究中本文利用Labview软件编程来实现Kp、Ti、Td的自动选择,这样计算机可以在不同的环境条件下自动挑选出最佳的控制系数来进行温度控制,省去了很多人工挑选时间,而且比人工选择更全面更准确。 暖体假人的下位机系统是以实时控制温度和功率测量为核心任务的软硬件结合的系统。由于各解剖段的工作原理都一样,只有温度采样和控制量输出的通道地址不同,以上温度控制方法的研究都是就单独一个通道的温度控制来进行分析的。研究后期,本文由单独的局部研究转为整体的软硬件设计与制作,实现简体暖体假人的多段控制,初步完成了简体暖体假人的整套系统集成。 暖体假人的应用侧重于计算服装的热阻。因此在完善整体控制系统后,本文在研究的最后对服装热阻进行了简单的测试,但其测试精度还没有达到国家标准。初步猜测是整套系统的加热量流失导致了测试精度不高,本文就热阻测试计算又进行了一系列调整实验,提出改进方案,为后续完善假人制作以及测试精度奠定了基础。 【关键词】：暖体假人 温度均匀性 开关量控制 PID控制 系统集成 服装热阻
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP273;TB17
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 暖体假人的研究背景及意义10-11
• 1.2 暖体假人的研究现状11-13
• 1.3 暖体假人的研究趋势13-14
• 1.4 虚拟仪器技术14-16
• 1.4.1 虚拟仪器简介14-15
• 1.4.2 虚拟仪器软件开发工具LabVIEW15-16
• 1.5 暖体假人研究的技术路线16-17
• 1.6 本文研究内容17-18
• 第2章 暖体假人的皮肤敷设18-26
• 2.1 电热丝的选择18-24
• 2.1.1 电热丝属性参数18-19
• 2.1.2 镍铬电热丝的敷设19-24
• 2.2 假人的皮肤敷设24-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 暖体假人温控系统方案的研究26-44
• 3.1 简单开关量控制26-32
• 3.1.1 简单开关量控制系统硬件26-30
• 3.1.2 简单开关量控制软件编程30-32
• 3.1.3 简单开关量控制效果实验数据32
• 3.2 PID控制32-43
• 3.2.1 PID控制简介32-36
• 3.2.2 PID控制系统36-37
• 3.2.3 PID控制软件编程37-41
• 3.2.4 PID控制效果实验数据41-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第4章 PID控制参数的自动整定44-52
• 4.1 PID控制参数的整定方法44-46
• 4.1.1 扩充临界法44-45
• 4.1.2 过渡过程响应法45-46
• 4.2 基于假人表面温度PID控制参数的自动整定46-50
• 4.3 本章小结50-52
• 第5章 暖体假人多段控制系统集成52-56
• 5.1 多段控制的硬件系统52-54
• 5.2 多段控制的软件系统54-55
• 5.3 本章小结55-56
• 第6章 服装热阻的测试56-62
• 6.1 服装的热阻56-57
• 6.2 服装热阻的测试57-59
• 6.3 服装热阻测试的标准化59
• 6.4 服装热阻的测试实验59-61
• 6.5 本章小结61-62
• 第7章 全文总结与展望62-64
• 7.1 全文总结62
• 7.2 不足之处和展望62-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间主要的学术成果68-70
• 致谢70

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