【正文】 其作用類似PC機的DOS 系統(tǒng)。②MCS—51系列單片及負載：8031的外部擴展功能是很強的，但是8031的P0口和P2口以及控制信號ALE的負載能力都是有限的，P0口能驅動8個LSTTL電路，P2口能驅動4個LSTTL電路。 系統(tǒng)速度匹配在不影響系統(tǒng)總功率的前提下，時鐘頻率選得低一些較好，這樣可降低系統(tǒng)對其他元器件工作速度的要求，從而降低成本和提高系統(tǒng)的可靠性。因為MCS—51系列單片機設有一個專用的布爾處理機，因而對于開關量的處理尤為方便。設計時要根據(jù)被控對象的通道數(shù)及執(zhí)行機構的類型進行選擇。對于那些參數(shù)比較多的分布式控制系統(tǒng)，可把模擬量先就地進行A/D轉換，然后再送到主機中處理。 模擬量輸入通道的拓展主要有以下2個問題：一個是數(shù)據(jù)采集通道的結構形式，一般單片機控制系統(tǒng)都是多通道系統(tǒng)。擴展接口有兩種方案，一種是購置現(xiàn)成的接口板，另一種是根據(jù)系統(tǒng)實際需要，選用適合的芯片進行設計控制系統(tǒng)。 所謂串級控制就是第一級數(shù)字PID的輸出不直接用來控制執(zhí)行機構，而是作為下一級數(shù)字PID的輸入值，并與第二級的給定值進行比較，其偏差作為第二級數(shù)字PID的控制量。此時最好選用數(shù)字化PID（比例積分微分）控制。現(xiàn)在經(jīng)常采用的方法是計算機仿真及計算機輔助設計，由計算機確定出系統(tǒng)的數(shù)學模型，因而加快了系統(tǒng)模型的建立。選擇時應考慮以下幾個問題：被控對象參數(shù)的數(shù)量；各輸入/輸出通道是串行操作還是并行操作；各通道數(shù)據(jù)的傳遞速率；各通道數(shù)據(jù)的字長及選擇位數(shù)；對顯示、打印有何要求；畫出整個系統(tǒng)原理圖。選擇檢測元件，在確定總體方案時，必須首先選擇好被測參數(shù)的測量元件，它是影響控制系統(tǒng)精度的重要因素之一。確定單片機控制系統(tǒng)總體方案，是進行系統(tǒng)設計最重要、最關鍵的一步。第二章 單片機原理 單片機系統(tǒng)設計的基礎 理論儲備單片機控制系統(tǒng)是以單片機（CPU）為核心部件，擴展一些外部接口和設備，組成單片機工業(yè)控制機，主要用于工業(yè)過程控制。在這一章節(jié)中，我們深入分析了PID控制在原理和構造方面的問題，以及進行了實驗論證。用模糊算法來優(yōu)化PID參數(shù)，使控制器能夠根據(jù)實際情況調整比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Ki和微分系數(shù)Kd，以達到調節(jié)作用的實時最優(yōu)。本次設計所使用的單片機是C8051F330芯片，有10位A/D、D/A轉換，8KB閃存，17個I/O端口，其中A/D的轉換速率為200ksps。 PID control。其算法采用將常規(guī)PID控制與模糊控制相結合的控制策略，運用模糊推理思想，根據(jù)不同的誤差e及誤差變化率ec對PID三個參數(shù)Kp，Ki及Kd進行實時優(yōu)化，達到最優(yōu)控制。北京理工大學本科生畢業(yè)設計（論文）摘 要自動控制理論實驗主要任務是通過實驗，使學生掌握自動控制的基本原理和方法，在熟練掌握各種校正方法設計原則的基礎上，加強對控制理論的理解和認識，將理論與實踐有機地結合起來，提高分析問題及解決問題的能力。最終實現(xiàn)模糊PID控制算法。 fuzzy controlII目錄第一章 緒論 1 研究背景和研究意義 1 本文結構 1 本章小結 1第二章 單片機原理 3 單片機系統(tǒng)設計的基礎 3 理論儲備 3 單片機系統(tǒng)設計的內容 3 3 3 4 4 單片機系統(tǒng)硬件設計 4 存儲器拓展 5 模擬量輸入通道的拓展 5 模擬量輸出通道的拓展 5 開關量的I/O接口設計 5 操作面板 6 系統(tǒng)速度匹配 6 系統(tǒng)負載匹配 6 6 保證可靠性 6 軟硬件折中問題 7 應用軟件的特點 7 軟件開發(fā)步驟 7 7 硬件調試 7 軟件調試 8 硬件、軟件仿真調試 9第三章PID控制器 10 11 PID是比例(P)、積分(I)、微分(D)控制算法 11(P)、積分(I)、微分(D)控制算法各有作用 11,I,D項選擇 11 公式 13 PID算法流程圖 14第四章 基于單片機模糊PID控制算法實現(xiàn) 15 模糊控制例子 15 18 19 19 19 20 實驗模糊表 20 輸入輸出的隸屬度函數(shù) 22 去模糊化 25 單片機上實現(xiàn)控制算法 27 模糊規(guī)則表的選擇 27第五章 總結 30致謝 32參考文獻 33附錄 34II第一章 緒論 研究背景和研究意義自動控制理論實驗提供的實驗箱中，我們可以搭接不同的被控對象，通過給被控對象輸入階躍信號，在上位機界面上觀察其階躍響應曲線，根據(jù)曲線波形，我們可以判定被控對象是否穩(wěn)定以及各種控制器對被控對象的控制性能如何等。在自動控制技術的發(fā)展過程中，PID控制是歷史最久，生命力最強的控制方式。 本文結構本文在緒論部分介紹基于單片機的PID控制的研究背景和意義，對用模糊算法優(yōu)化PID參數(shù)作了一個概要描述，并介紹了本文的研究內容。第四章在介紹模糊控制的原理和特點之后，我們提出了用模糊算法優(yōu)化PID參數(shù)控制策略，并在單片機上實現(xiàn)了模糊控制算法。要進行單片機系統(tǒng)設計首先必須具有一定的硬件基礎知識；其次，需要具有一定的軟件設計能力，能夠根據(jù)系統(tǒng)的要求，靈活地設計出所需要的程序；第三，具有綜合運用知識的能力?？傮w方案的好壞，直接影響整個控制系統(tǒng)的性能及實施細則。選擇執(zhí)行機構，執(zhí)行機構是微型機控制系統(tǒng)的重要組成部件之一。當被控對象的數(shù)學模型能夠確定時，可采用直接數(shù)字控制。當系統(tǒng)模型建立后，即可選定上述某一種算法，設計數(shù)字控制器，并求出差分方程。在PID控制算法中，以位置型和增量型2種PID為基礎，根據(jù)系統(tǒng)的要求，可對PID控制進行必要的改進。當然，也可以用多級PID嵌套。基本系統(tǒng)的構成：一個獨立的單片機核心系統(tǒng)，一般由時鐘電路、地址鎖存器電路、地址譯碼器、存儲器擴展、模擬量輸入通道的擴展、模擬量輸出通道的擴展、開關量的I/O接口設計、鍵盤輸入和顯示電路等組成。因此選用何種結構形式采集數(shù)據(jù)，是進行模擬量輸入通道設計首先要考慮的問題。對于那些被測參數(shù)相同（或相似）的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，為減少投資，可采用模擬量多路轉換，共享儀用放大器、S/H和A/D的所謂地電平多路切換形式。對于那些可直接接受數(shù)字量的執(zhí)行機構，可由單片機直接輸出數(shù)字量，如步進電機或開關、繼電器系統(tǒng)等。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，通常采用光電隔離器把單片機與外部設備隔開。但系統(tǒng)頻率選的比較高時，要設法使其他元器件與主機匹配。硬件設計時應仔細核對8031的負載，使其不超過總的負載能力的70%。 保證可靠性可靠性設計為保證系統(tǒng)軟件的可靠性，通常設計一個自診斷程序，定時對系統(tǒng)進行診斷。若系統(tǒng)要求實時性比較強，則可采用硬件。但是，對于那些計算工作量比較大的系統(tǒng)，也可以采用高級語言和匯編語言混合使用的辦法，即數(shù)據(jù)采集、判斷、及控制輸出程序用匯編語言，而對于那些較為復雜的計算可采用高級語言。 軟件開發(fā)步驟軟件開發(fā)大體包括：劃分功能模塊及安排程序結構；畫出各程序模塊詳細流程圖；選擇合適的語言編寫程序；將各個模塊連接成一個完整的程序。有時為保護芯片，先對各管座的電位（或電源）進行檢查，確定其無誤后再插入芯片檢查。其次是調試MONITOR程序，只有MONITOER程序正常工作才可以進行下面的應用軟件調試。 ③ 檢查I/O地址分配器。因為這樣RAM、ROM的各位均寫入過‘0’、‘1’代碼。 ② 用匯編語言：現(xiàn)在有些單片STD工業(yè)控制機或者開發(fā)系統(tǒng)，可直接使用匯編語言，借助CRT進行匯編語言調試。必須準確無誤地計算出操作碼、轉移地址和相對偏移量，以免出錯。實驗室調試工作完成以后，即可組裝成機器，移至現(xiàn)場進行運行和進一步調試，并根據(jù)運行及調試中的問題反復進行修改。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。（3）微分（D）控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例 微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。 PID是比例(P)、積分(I)、微分(D)控制算法并不是必須同時具備這三種算法，也可以是PD,PI,甚至只有P算法控制。但是微分對噪聲干擾有放大作用，加強微分對系統(tǒng)抗干擾不利。如：金彪公用工程部下設的水泵房冷、熱水池水位控制；油泵房中間油罐油位控制等。 比例微分控制規(guī)律(PD)：微分具有超前作用，對于具有容量滯后的控制通道，引入微分參與控制，在微分項設置得當?shù)那闆r下，對于提高系統(tǒng)的動態(tài)性能指標，有著顯著效果。如：大窯玻璃液位的控制。鑒于D規(guī)律的作用，我們還必須了解時間滯后的概念，時間滯后包括容量滯后與純滯后。純滯后是相對與測量滯后的，在工業(yè)上，大多的純滯后是由于物料傳輸所致，如：大窯玻璃液位，在投料機動作到核子液位儀檢測需要很長的一段時間。如串級控制、前饋控制、大滯后控制等。而對于復雜或難以精確描述的系統(tǒng)，模糊控制能夠產生簡單比較好的控制效果。其積分時間常數(shù)為Ti=R1C1=1s,慣性時間常數(shù)分別為T1=R3C2=,K1=R3/R2=1和T2=R4C3=，開環(huán)增益K=12。因此，若能適當減小系統(tǒng)的開環(huán)增益K，就可以使系統(tǒng)穩(wěn)定，通過比例(P)校正，使得K值變小即可達到改變系統(tǒng)性能目的。得到系統(tǒng)階躍響應曲線為：圖46 數(shù)字PID控制曲線我們由此發(fā)現(xiàn)，根據(jù)理論值K=，軟件實現(xiàn)比硬件實現(xiàn)差，軟件實現(xiàn)中，被控對象的控制量是誤差量經(jīng)過控制器（單片機）的處理計算得出的，算法為PID控制算法。模糊數(shù)學用于控制始于1973 年，L．A．Zadeh將這一思想引入控制科學中，給出了用模糊語言進行系統(tǒng)描述的方法。它主要有以下四部分組成：（1）模糊化：這部分的作用是將輸入的精確量轉換成模糊化量。為了簡化運算和滿足實時性要求，即該調節(jié)系統(tǒng)的基本控制仍為PID控制，但使PID調節(jié)參數(shù)由模糊自整定控制器根據(jù)偏差e和偏差變化率ec進行自動調整，同時把模糊自整定控制器的模糊部分按Kp、Ki和Kd分成3部分，分別由相應的子推理器來實現(xiàn)。增大Kp能提高響應速度，減小穩(wěn)態(tài)誤差；但是，Kp值過大會產生較大的超調，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定減小Kp可以減小超調，提高穩(wěn)定性，但Kp過小會減慢響應速度，延長調節(jié)時間。因此，在調節(jié)過程的初期，為防止積分飽和，其積分作用應當弱一些，甚至可以