【正文】 產(chǎn)的型號(hào)為 WKD298 的電烤箱，工作頻率 50Hz，溫度范圍 0250 度 ，總功率 2020W。電烤箱在不同功率下的階躍響應(yīng)曲線基本相同，所以可由某一功率下的系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線來(lái)取得系統(tǒng)的近似特征參數(shù)?？紤]到電烤箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，許多變量間只存在相關(guān)關(guān)系，而這種關(guān)系往往不能直接用數(shù)學(xué)式來(lái)精確描述，所以本文選擇實(shí)驗(yàn)建模來(lái)獲取系統(tǒng)模型。 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第二章 被控對(duì)象及控制策略 系統(tǒng)模型的建立 控制系統(tǒng)建模方法分為兩大類：機(jī)理建模和實(shí)驗(yàn)建模。 第二章：系統(tǒng)模型的建立及控制策略的選擇與設(shè)計(jì)，利用 Matlab 對(duì) PID 控制 、 模糊自整定 PID 控制進(jìn)行仿真比較 。相比較而言，國(guó)內(nèi)智能控制技術(shù)與日本、美國(guó)、瑞典、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 家相比，仍存在較大差距。隨后越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始關(guān)注智能控制技術(shù)，國(guó)家也越來(lái)越重視智能控制理論的研究和應(yīng)用， 1993～ 1995 連續(xù)三年國(guó)內(nèi)都召開(kāi)了與智能控制有關(guān)的學(xué)術(shù)會(huì)議。 1976 年， P． J． King 和 Mamdani 等人合作，采用模糊模型的預(yù)估方案，用模糊控制對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行溫度控制，成功解決了系統(tǒng)不穩(wěn)定的問(wèn)題，這也是控制史上首次利用模糊控制來(lái)進(jìn)行溫度控制。 本文的研究對(duì)象 —— 電烤箱，是一種非線性、時(shí)變性、大時(shí)滯的被控對(duì)象，用精確的數(shù)學(xué)模型表示 其特性是十分困難的，用常規(guī)的 PID 控制難以達(dá)到較高的控制精度，只有在參數(shù)整定準(zhǔn)確且系統(tǒng)不發(fā)生劇烈變化的情況下才能實(shí)現(xiàn)，然而這對(duì)一般的電烤箱溫度控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)都難以滿足，在關(guān)于溫度控制的絕大部分文獻(xiàn)資料中，控制結(jié)果都有較大的超調(diào)，本論文基于這一特點(diǎn)進(jìn)行研究，提出一種控制方案，把虛擬儀器與智能溫度控制相結(jié)合，開(kāi)發(fā)一套基于模糊自整定 PID 參數(shù)算法的控制系統(tǒng)，使其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、控制精度高、魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)。它含有種類豐富的函數(shù)庫(kù)，科學(xué)家和工程師們利用它可以方便靈活地搭建功能強(qiáng)大的測(cè)控系統(tǒng)。 智能溫度控制器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開(kāi)發(fā)虛擬溫度控制器和網(wǎng)絡(luò)溫度控制器、研制單片測(cè)溫控溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。而當(dāng)前的發(fā)展對(duì)測(cè)控儀器提出了越來(lái)越高的要求，不僅要求能完成 實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，還希望具有更強(qiáng)的通用性，能適應(yīng)多種多樣的使用要求，隨時(shí)可改變檢測(cè)對(duì)象、完成不同測(cè)試任務(wù)或升級(jí)換代，能建立起一個(gè)可掌握生產(chǎn)過(guò)程的信息資料，并能以監(jiān)測(cè)、分析、控制和優(yōu)化等手段為及時(shí)的人工決策和控制提供依據(jù)的測(cè)控系統(tǒng)。MCU 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) I 目 錄 摘 要 ..................................................................................................................... I Abstract .................................................................................................................. II 第一章 緒 論 ........................................................................................................ 1 課題的研究背景及意義 ......................................................................... 1 課題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ......................................................................... 2 課題研究的主要內(nèi)容 ............................................................................. 3 第二章 被控對(duì)象及控制策略 .............................................................................. 4 系統(tǒng)模型的建立 ..................................................................................... 4 控制策略研究 ......................................................................................... 6 仿真分析 ................................................................................................. 8 本章小結(jié) ................................................................................................. 9 第三章 溫度測(cè)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) .................................................................... 10 溫度測(cè)控系統(tǒng)的硬件組成 .................................................................... 10 溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) ........................................................................... 10 AT89S52 單片機(jī)及其最小系統(tǒng) .......................................................... 14 人機(jī)交互接口電路設(shè)計(jì) ....................................................................... 16 鍵盤電路 .................................................................................... 16 顯示電路 .................................................................................... 16 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) ........................................................................ 18 溫度控制電路的設(shè)計(jì) ........................................................................... 18 串口通信電路 ....................................................................................... 20 硬件抗干擾設(shè)計(jì) ................................................................................... 20 本章小結(jié) ............................................................................................... 21 第四章 溫度測(cè)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ................................................ 22 系統(tǒng)下位機(jī)軟件設(shè)計(jì) ........................................................................... 22 軟件設(shè)計(jì)概述 ............................................................................ 22 主控模塊 .................................................................................... 22 數(shù)據(jù)采集子模塊 ........................................................................ 23 控制算法子模塊 ........................................................................ 24 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 ........................................................................................ 25 本章小結(jié) ............................................................................................... 25 結(jié)束語(yǔ) .................................................................................................................. 26 致 謝 .............................................................................................................. 27 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................. 28 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第一章 緒 論 課題的研究背景及意義 物體的許多物理現(xiàn)象和化學(xué)性質(zhì)都與溫度有關(guān)，溫度是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究以及日常生活中需要普遍進(jìn)行測(cè)量和控制的一個(gè)非常重要的物理量，如：在冶金、機(jī)械、石油化工、電力等工業(yè)生產(chǎn)中的溫度控制；在溫室花房、蔬果大棚、糧倉(cāng)等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測(cè)控；與我們生活息息相關(guān)的微波爐、電熱水器、電烤箱、空調(diào)等家用電器的溫度控制；高等院校實(shí)驗(yàn)室微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中將溫度作為被測(cè) 參數(shù)，供學(xué)生做綜合實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)或課程設(shè)計(jì)等。下位機(jī)以 AT89S52 單片機(jī)為微處理器， K 型熱電偶為傳感器，由 MAX6675 熱電偶信號(hào) 數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，單片機(jī)根據(jù)輸入的各種命令，進(jìn)行智能算法得到控制量，通過(guò)零觸發(fā)光電耦合器件 MOC3061 和晶閘管 BT136 驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元。 3．在畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)侵犯任何方面知識(shí)產(chǎn)權(quán)的行為，由本人承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。 2．本人在畢業(yè)設(shè)計(jì)中引用他人的觀點(diǎn)和研究成果，均在文中加以注釋或以參考文獻(xiàn)形式列出，對(duì)本文的研究工作做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中注 明。 本論文設(shè)計(jì)了一種基于模糊自整定 PID 算法的控制器，詳細(xì)地介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。PIDControl。 目前，溫度測(cè)控系統(tǒng)一般使用的還是傳統(tǒng)儀器，以單臺(tái)儀器獨(dú)立工作、手工操作、人工記錄和分析判斷信息為主要設(shè)計(jì)思想，其功能和規(guī)格一般被廠家所固定，使用時(shí)需要通過(guò)硬件或者固化的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，用戶無(wú)法隨意改變其結(jié)構(gòu)和功能，不具有通用性?？傮w而言，測(cè)控領(lǐng)域主要面臨了以下幾大問(wèn)題 ： (l)產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度太快，彼此之間的兼容性較差； (2)難以滿足用戶不同層次和不斷 變化的要求； (3)對(duì)測(cè)控系統(tǒng)集成入網(wǎng)、并能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)和交互的需求日益迫切。虛擬儀器為人們建立檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)、過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)等提供了一個(gè)理想的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。利用現(xiàn)代控制理論與虛擬儀器技術(shù)，將智能控制與傳統(tǒng)控制有機(jī)綜合應(yīng)用，提高測(cè)量精度，設(shè)計(jì)出適用于不同加熱條件和要求的智能型溫度測(cè)控系統(tǒng)是當(dāng)今測(cè)溫研究的一個(gè)重點(diǎn)。1974 年， Mamdani 首次將模糊邏輯和模糊推理用于鍋爐和蒸汽機(jī)的控制，標(biāo)志著人們用模糊邏輯進(jìn)行工業(yè)控制的開(kāi)始。 早在 1965 年我國(guó)著名科學(xué)家傅京孫首先提出把人工智能啟發(fā)式推理規(guī)則引入學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)，并于 1971 年提出人工智能和自動(dòng)控制交叉學(xué)科，奠定了國(guó)內(nèi)智能控制發(fā)展的基礎(chǔ)。目前，國(guó)外已研制出智能化、精度高、小型化的智能溫度控制器，開(kāi)發(fā)出成熟的智能控制算法和控 制軟件。本課題的