恒温恒湿箱产生稳定的湿热环境,广泛应用于生物、医药、化工等行业。传统恒温恒湿箱控制精度低,已经满足不了现代实验所需的温度、相对湿度的高精度要求和人机交互需求。针对于此,本文设计了一种基于二自由度PID前馈解耦控制的恒温恒湿箱控制系统,该系统包括欧姆龙NX控制器、NA触摸屏、传感器、温度控制模块、湿度控制模块和物联网模块等。NX控制器与NA触摸屏进行EtherNet/IP通信,利用触摸屏设置运行参数和状态监控;在NX控制器中设计二自由度PID前馈解耦算法程序计算温湿度控制量,消除温湿度耦合影响,有效地改善了控制性能指标;NX控制器通过RS-485通信轮询实现对实验箱内的状态监视、参数采集和输出驱动;通过物联网模块中无线发射器建立与远程服务器的通信,便于操作人员远程监控和管理。本文的主要工作如下:(1)介绍恒温恒湿箱的系统构成,对控制系统进行需求分析,并介绍了控制系统所采用的关键技术。(2)利用阶跃响应进行被控系统建模,采用前馈解耦控制消除温度和相对湿度的耦合影响,设计了带目标值滤波器的二自由度PID控制器,并利用Simulink进行仿真验证和控制效果对比分析,证明了系统控制方案的可行性。(3)根据温湿度控制工艺,进行控制系统硬件选型和485通信网络搭建,编写NX控制器和NA触摸屏程序。利用Sysmac Studio软件编写NX控制器运行程序,包括信号采集、轮询标志位计算、串口通信、二自由度PID前馈解耦控制算法和输出驱动等;开发了NA触摸屏的人机交互界面,包括用户登录、温湿度趋势曲线、参数设置、状态监控和报警日志等,实现了对恒温恒湿箱的直观、便捷操控。本课题研究的恒温恒湿箱控制系统,已在实验室环境完成初步调试,温度范围在5℃～90℃时的稳态控制精度达到±0.1℃,相对湿度范围10%～80%时的控制精度达到±1%,并可保证长时间运行过程中温湿度平稳不抖动,满足设计需求。其拥有的监控、报警等功能提高了系统运行的安全性和可靠性,加载物联网模块实现了系统远程监管功能,提供了历史数据查询和操作日志回溯功能。