【摘 要】
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随着科学技术和生活水平的提升,人们对织物的追求层次从实用型向新奇型转变,不但有日常穿着的变色服、舞台表演的变色服,而且出现了能预报发烧、随环境变色、预报危险等方面的智能化变色织物。目前,一般的变色织物是在外界环境温度变化下被动地改变颜色,缺乏温度控制系统去控制织物的颜色,其难点在于克服控制过程中的外界环境温度和传感器测量误差的干扰。本文设计了一套可温控变色织物系统,使织物在不同的感温变色点下变化不
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随着科学技术和生活水平的提升,人们对织物的追求层次从实用型向新奇型转变,不但有日常穿着的变色服、舞台表演的变色服,而且出现了能预报发烧、随环境变色、预报危险等方面的智能化变色织物。目前,一般的变色织物是在外界环境温度变化下被动地改变颜色,缺乏温度控制系统去控制织物的颜色,其难点在于克服控制过程中的外界环境温度和传感器测量误差的干扰。本文设计了一套可温控变色织物系统,使织物在不同的感温变色点下变化不同的颜色。在温度控制系统中,设计了基于卡尔曼滤波器的模糊PID控制算法,减小控制过程中的外界环境温度和传感器测量误差的干扰。以变色枕头为例,验证了可温控变色织物系统的温度控制性能和织物变色效果。具体工作如下:一、设计了一套可温控变色织物系统,控制织物的颜色变化。该系统由变色织物和温度控制系统组成。变色织物的组成结构分为三层,上层为感温变色面料（含感温变色粉）,中间层为导电织物,下层为保温层。本文考虑到变色织物的变色速率,设计了导电织物的结构参数,即导电铜丝的间距和股数,使导电织物的单位面积散热功率最大化;同时基于导电织物在温度控制中的电压变化,选用合适的升压控制器,确保导电织物的能量供给。温度控制系统由温度控制器、柔性温度传感器和移动电源组成。本文基于系统的可穿戴性,选用合适容量的移动电源,保证系统的能量供给;设计柔性温度传感器去采集导电织物的温度数据,保证织物的柔性;设计温度控制器的PCB板并合理布局,减小温度控制器的体积。二、设计了基于卡尔曼滤波器的模糊PID控制算法,减小控制过程中的外界环境温度和传感器测量误差的干扰。在传统PID控制基础上引入模糊控制,实时更新PID控制参数,克服复杂变化的外界环境温度的干扰;其次引入卡尔曼滤波器,通过调节过程噪声和测量噪声的协方差,减小传感器测量误差的干扰。实验结果表明,加入卡尔曼滤波器后,系统的调节时间缩短了140秒,超调量减小了6.666%,温度控制精度在0.1℃。在不同外界环境温度下,系统也能完成控制需求,具有较好的鲁棒性。三、验证可温控变色织物系统在实际场景中的温度控制性能和变色效果。本文使用不同感温点的感温变色粉制作变色枕头,实现可温控变色织物系统设计。实验表明,可温控变色织物系统在不同感温点下,具有良好的动态性能和稳态性能,温度控制精度在0.1℃,并且织物变色效果显著。
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