【正文】 數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。在模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后，還必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致的調(diào)試才能得到所期望的性能。硬件電路確定之后，系統(tǒng)的功能還是要有軟件來實(shí)現(xiàn)。在在收發(fā)單片機(jī)信號(hào)的過程中，需要將數(shù)據(jù)信號(hào)互相轉(zhuǎn)換。PC 機(jī)的串行口采用的是 RS232C 總線標(biāo)準(zhǔn)，RS232C是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。音量大小由10kΩ變阻器調(diào)整。本系統(tǒng)所選管帶年耦合器型號(hào)為4N25,主要性能如下：晶體管輸出光電耦合器；輸出集電極電流（IF=10mA，VCE=10V）；CE飽和電壓（IC=2mA，IF=50mA）（typ）隔離電壓（f=60Hz ， t=1）：7500V（交流峰值）；隔離電阻（V=500V）： 10”Ω(min)隔離電容 （V=0V，f=1MHz）：（typ）輸出電路如圖39所示：圖39 可控硅調(diào)功電路圖 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)音樂報(bào)警電路克服了單獨(dú)使用蜂鳴器報(bào)警音調(diào)比較單調(diào)的不足，發(fā)聲電路可以購買市售的樂曲發(fā)生器，發(fā)出的樂曲聲音可用來作為某種提示信號(hào)或者報(bào)警信號(hào)，可以根據(jù)系統(tǒng)需求來改變聲音。光耦合器亦稱光電隔離器或光電耦合器，簡稱光耦。控制是通過可控硅調(diào)功電路實(shí)現(xiàn)的。Intel 6264的操作方式由OE,WE, CE1 , CE2的共同作用決定，主要有以下幾條：① 寫入：當(dāng)WE和CE1為低電平，且OE和CE2為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸入緩沖器打開，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)線D7～D0寫入被選中的存儲(chǔ)單元。Intel 公司生產(chǎn)的6264芯片容量為8KB*8，是28引腳雙列直插式芯片，采用CMOS工藝制造。在本系統(tǒng)中選用的是 8 段式 LED 數(shù)碼管顯示器，采用的是軟件譯碼動(dòng)態(tài)顯示的方式。S1為取消鍵，用于取消已經(jīng)輸入的參數(shù)；S2為確定鍵，用于確認(rèn)已經(jīng)輸入的參數(shù)；S3為啟動(dòng)鍵，用于啟動(dòng)單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)；S4為停止鍵，用于使系統(tǒng)緊急停止。在設(shè)計(jì)過程中，主要有以下兩個(gè)方面需要注意：鍵的閉合與否，反映在航線輸出電壓上就是成仙高電平或者低電平，如果高電平表示按鍵斷開，低電平則表示按鍵閉合，通過對(duì)行線點(diǎn)評(píng)高低轉(zhuǎn)臺(tái)的檢測，便可確認(rèn)按鍵按下與否。各接口的工作方式由控制命令決定。CE接到地址譯碼器上，由整個(gè)系統(tǒng)分配給高位地址，以保證任何時(shí)刻只有一個(gè)芯片可與CPU交換信息，不發(fā)生地址沖突；IO/M是接口或內(nèi)部RAM寄存器的選擇線。它含一個(gè)可預(yù)置的計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)范圍從2到16383，可用于延時(shí)、計(jì)數(shù)或分頻。LED顯示器的作用主要有兩個(gè)，一是顯示實(shí)時(shí)的爐溫，用于監(jiān)控爐溫是否正常；二是當(dāng)鍵盤輸入給定爐溫時(shí)，顯示給定爐溫，以免輸錯(cuò)。因此可以用查詢方式，測試EOC的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。為此可采用下述三種方式:（1）定時(shí)傳送方式 對(duì)于一種A/D轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。 ADC0809的工作時(shí)，首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片。 A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)當(dāng)信號(hào)從溫度采集電路輸出時(shí)，由于是模擬信號(hào)，并不能直接為單片機(jī)所處理，所以需要有A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行處理，將其變?yōu)閿?shù)字量，再送由單片機(jī)進(jìn)行處理。RCV420是美國RURR－BROWN公司生產(chǎn)的精密電流環(huán)接收器芯片，用于將420mA輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成為05V輸出信號(hào)，具有很高的性能價(jià)格比。例如：若溫度測量范圍為 0℃200℃，則熱電偶輸出為 0 mA mV，變送器零點(diǎn)遷移后輸出 4mA20mA 范圍電流。圖33熱電偶示意圖Eab金屬AA金屬BA 溫度采集電路的設(shè)計(jì)溫度采集電路中主要包括熱電偶和變送器組成的信號(hào)采集輸送電路，電流環(huán)接收器RCV420 和外圍電路組成的電流電壓轉(zhuǎn)換電路，以及由 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)換[18]。T型熱電偶具有線性度好，熱電動(dòng)勢較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),特別在200~350℃溫區(qū)內(nèi)使用，穩(wěn)定性更好，年穩(wěn)定性可小于177。從理論上講，任何兩種不同導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）都可以配制成熱電偶，但是作為實(shí)用的測溫元件，對(duì)它的要求是多方面的。 圖32 AT89C52單片機(jī)最小系統(tǒng) 傳感器的選擇熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件，是由兩種不同成分的導(dǎo)體兩端接合成回路時(shí)，當(dāng)兩接合點(diǎn) 熱電偶溫度不同時(shí)，就會(huì)在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流。第3章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的總體框圖系統(tǒng)工作原理，利用熱電偶傳感器測出烘干爐中的溫度，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，為了檢測烘干爐的溫度情況，共有4路溫度傳感器，用以監(jiān)測爐內(nèi)各點(diǎn)溫度情況以及控制信號(hào)是否出現(xiàn)異常。因此，必須進(jìn)行精確化計(jì)算得出此模糊集中最有代表意義的確定值作為系統(tǒng)的輸出控制，主要方法有：最大隸屬度法、重心法、加權(quán)平均法等，本文采用最大隸屬度法[16]。規(guī)則如果 Ai且Bi , 那么的模糊關(guān)系可以表示為：[μAi∧μBi]∧μCi （210）其隸屬度函數(shù)為：μ=∨{μA‘∧[μAi∧μC39。一般 ec 較小時(shí)，DK 取值應(yīng)該較大些:當(dāng) ec 較大時(shí)，DK 取值應(yīng)該較小些。PID 參數(shù)的整定必須考慮到不同時(shí)刻三個(gè)參數(shù)的作用及相互之間的關(guān)系。IK 越大，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快，但I(xiàn)K 過大，在響應(yīng)過程的初期會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過程的較大超調(diào)。從傳統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)定精度等各方來來考慮PK ,IK ,DK 的作用如下:(1) 比例系數(shù)PK 的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。PID 參數(shù)的校正部分實(shí)質(zhì)是一個(gè)模糊控制器。 模糊自整定PID方案 模糊自整定PID控制的原理由于在控制過程中各種信號(hào)量以及評(píng)價(jià)指標(biāo)不易定量表示，模糊理論是解決這一問題的有效途徑，所以人們運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的基本理論方法，把規(guī)則的條件、操作用模糊集表示，并把這些模糊控制規(guī)則以及有關(guān)信息（如評(píng)價(jià)指標(biāo)、初始 PID 參數(shù)等）作為知識(shí)存入計(jì)算機(jī)知識(shí)庫中，然后計(jì)算機(jī)根據(jù)控制系統(tǒng)的實(shí)際響應(yīng)情況，運(yùn)用模糊推理，即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì) PID 參數(shù)的最佳調(diào)整，這就是模糊自整定 PID 控制[14]。 ，干擾和參數(shù)變化對(duì)控制效果的影響被大大減弱，尤其適合于非線性、時(shí)變及純滯后系統(tǒng)的控制。 模糊控制器的優(yōu)缺點(diǎn)模糊控制器具有的突出的優(yōu)點(diǎn)： ，它直接采用語言型控制規(guī)則，出發(fā)點(diǎn)是現(xiàn)場操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)或相關(guān)專家的知識(shí)，在設(shè)計(jì)中不需要建立被控對(duì)象的精確的數(shù)學(xué)模型，因而使得控制機(jī)理和策略易于接受與理解，設(shè)計(jì)簡單，便于應(yīng)用。c 加權(quán)平均法：對(duì)論域中的每個(gè)點(diǎn)，以它們對(duì)待判決的模糊集的隸屬度為加權(quán)系數(shù)，它類似于重心的計(jì)算，所以也稱重心法。解模糊化包含以下兩部分內(nèi)容：量程轉(zhuǎn)換和解模糊。對(duì)于其中一條規(guī)則Ri：如果 x 是 Ai and y 是 Bi，則 z 是 Ci其模糊蘊(yùn)含關(guān)系定義為:μRi=μAi and Bi→Cix,y,z=μAixandμBiy→μCi(Z) （27）其中，“Ai and Bi”是定義在 X Y上的模糊集合AiBi ，Aiand Bi → C是定義在X YZ上的模糊蘊(yùn)含關(guān)系。ifthen 的模糊控制規(guī)則為表示控制領(lǐng)域的專家知識(shí)提供了方便的工具。如“溫度偏高，則加入較多的冷卻水”，其中“偏高”和“較多”均為模糊量。因此選取模糊控制規(guī)則是設(shè)計(jì)模糊控制器的核心，它是由設(shè)計(jì)者根據(jù)專家和操作人員的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，通過大量觀察和試驗(yàn)，總結(jié)形成一系列模糊條件句，把它們作為模糊控制規(guī)則存儲(chǔ)起來，用于模糊推理過程中。因此，在選擇模糊變量的模糊集的隸屬函數(shù)時(shí)，一般在誤差較大時(shí)采用較低分辨率的模糊集，在誤差較小的區(qū)域采用較高分辨率的模糊集，當(dāng)誤差接近零時(shí)，采用高分辨率的模糊集。隸屬函數(shù)可取不同的形狀[9]，如梯形、三角形、高斯形等。因此，必須根據(jù)系統(tǒng)的控制要求和設(shè)計(jì)方便綜合地選擇輸入、輸出變量分割數(shù)。模糊語言名稱個(gè)數(shù)的選取，也可看成是對(duì)輸入輸出空間的模糊分割，模糊分割的個(gè)數(shù)也決定了最大可能的模糊規(guī)則數(shù)目。有兩種轉(zhuǎn)換方法：一種是在論域上己定義的模糊子集中，找到該點(diǎn)對(duì)應(yīng)最大隸屬度的模糊子集，作為此點(diǎn)的模糊量，即合適的語言值；第二種是進(jìn)行單點(diǎn)模糊，該點(diǎn)處它的隸屬度為 1，其余為 0，選擇此模糊集。在模糊控制器中的輸入量為 e 和 ec，因此它相當(dāng)于是非線性的 PD 控制，k1，k2分別是比例項(xiàng)和導(dǎo)數(shù)項(xiàng)前面的比例系數(shù)[8]，它們對(duì)系統(tǒng)性能有很大影響，要仔細(xì)加以選擇。(e)=(r)(y)和ec=de(t)dt，其中： r ( t)表示參考輸入，y (t)表示系統(tǒng)輸出，e 表示誤差，ec 表示誤差導(dǎo)數(shù)。由于模糊控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理是基于模糊集合的方法，因此對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊化處理是必不可少的一步。都是由控制規(guī)則決定的非線性函數(shù)關(guān)系。（2）誤差 E 和誤差變化量 EC 作為模糊控制器的輸入，而以控制量 U 或控制量的變化△U 作為模糊控制器的輸出。下面是常見的兩種模糊控制器的結(jié)構(gòu)及其對(duì)應(yīng)的控制規(guī)則的類型：（1）模糊 E 為模糊控制器的輸入，而以控制量 U 或控制量的變化△U 作為模糊控制器的輸出。模糊控制器的設(shè)計(jì)分為如下幾個(gè)步驟：由于模糊控制器的控制規(guī)則是根據(jù)操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)提出的，而一般操作人員只能觀察到被控對(duì)象的輸出變量和輸出變量的變化，或者觀察到輸出變量和輸出變量的總和這兩個(gè)狀態(tài)，因此，在模糊控制中，總是選取誤差和誤差的變化率或誤差及誤差的和作為它的輸入量，而把控制量的變化作為模糊控制器的輸出變量，這樣就確定了模糊控制器的結(jié)構(gòu)。因此便嘗試著以模糊數(shù)學(xué)來處理這些控制問題。 模糊控制方案 模糊控制理論模糊控制方法就是利用模糊數(shù)學(xué)的基本思想和理論的控制方法。若自整定是基于控制律的，經(jīng)常難以把由負(fù)載干擾引起的影響和過程動(dòng)態(tài)特性變化引起的影響區(qū)分開來，因此受到干擾的影響控制器會(huì)產(chǎn)生超調(diào)，產(chǎn)生不必要的參數(shù)轉(zhuǎn)換。在很多情況下其控制質(zhì)量對(duì)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)或參數(shù)變化不敏感。（2）PID參數(shù)較易整定。(z),使整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)相當(dāng)于一個(gè)帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié),只要能設(shè)計(jì)出合適的且可以物理實(shí)現(xiàn)的數(shù)字調(diào)節(jié)器D(z),就能夠有效地克服純滯后的不利影響,且與Smith算法一樣,需要一個(gè)準(zhǔn)確的過程數(shù)字模型,當(dāng)模型誤差較大時(shí),控制質(zhì)量將大大惡化,只要在Smith預(yù)估器中按給定公式設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器D伺,則Smith預(yù)估器與Dahlin算法是等價(jià)的,Dahlin算法可以看作是Smith預(yù)估器的一種特殊情況. PID控制器的優(yōu)缺點(diǎn)　　作為一個(gè)簡單有效，用途廣泛，使用靈活的控制器，PID控制器已有系列化產(chǎn)品，使用中只需設(shè)定三個(gè)參數(shù)（Kp， Ti和Td）即可[4]?？梢酝ㄟ^數(shù)學(xué)的方法證明，在其他控制方法導(dǎo)致系統(tǒng)有穩(wěn)定誤差或過程反復(fù)的情況下，一個(gè)PID反饋回路卻可以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。這些方法雖然理論上比較簡單，但在實(shí)際應(yīng)用中卻能收到很好的控制效果，因而在工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中獲得了廣泛的應(yīng)用。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。微分部分的作用強(qiáng)弱由微分時(shí)間常數(shù) Td 決定。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。若系統(tǒng)存在誤差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無誤差，積分調(diào)節(jié)才停止，此時(shí)積分調(diào)節(jié)輸出為一常值。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。它實(shí)質(zhì)上是一種無模型控制方案，即在不需要知道對(duì)象精確模型的情況下，通過自身的調(diào)節(jié)作用，使實(shí)際控制效果達(dá)到理想的控制效果。對(duì)于許多復(fù)雜的系統(tǒng)，難以建立有效的數(shù)學(xué)模型，采用常規(guī)的控制理論去進(jìn)行定量計(jì)算和分析時(shí)，控制效果并不好；采用定量方法與定性方法相結(jié)合的控制方式，會(huì)得到更好的控制效果。本文所做的工作是：，即PID控制，模糊控制，模糊自適應(yīng)PID三種方案的理論響應(yīng)速度，超調(diào)量，穩(wěn)態(tài)誤差等技術(shù)要點(diǎn)。從控制系統(tǒng)技術(shù)的觀點(diǎn)來看, 模糊控制是一種普遍的非線性特征域控制器。美國專門從事模糊控制開發(fā)的機(jī)構(gòu)是TogaiInfalogc公司，主要從事模糊加速板和軟件開發(fā)工具的研究。自整定模糊控制器的問世，標(biāo)志著模糊控制器“智能化”程度進(jìn)一步向高級(jí)階段發(fā)展，毫無疑問地證實(shí)它歸屬于“智能控制器”范疇。例如，熊秋思等人的氣煉機(jī)模糊符合控制系統(tǒng)；劉浪舟等人的玻璃窯模糊控制系統(tǒng)；于旭亮的化工過程大滯后系統(tǒng)的模糊控制研究等等。在1979年，李玉綬，劉志俊等人用連續(xù)數(shù)字方法研究了典型模糊控制器的性能。計(jì)算機(jī)硬件與控制軟件的緊密結(jié)合必然導(dǎo)致新型的自動(dòng)控制系統(tǒng)的出現(xiàn)。在某些復(fù)雜的和包含不確定性的控制過程無法用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來描述，即無法解決建模問題。但在烘干爐控制系統(tǒng)中, 由于電熱絲的功率、 通風(fēng)管氣流之間存在非線性和不確定的關(guān)系, 再加上外界干擾,很容易使系統(tǒng)失去精確控制。基于模糊自整定PID 控制算法的控制系統(tǒng)有相當(dāng)好的靈活性，能進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、利用模糊PID算法進(jìn)行處理及控制結(jié)果顯示等功能，可以獲得較高的控制精度。基于Fuzzy PID的烘干爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生專業(yè)：自動(dòng)化學(xué)生姓名： 導(dǎo)師姓名： 摘 要傳統(tǒng)的烘干爐溫度控制系統(tǒng)在烘干過程中，烘干爐溫度保持恒溫，并不利于產(chǎn)品整體的烘干，而為了達(dá)到更好的效果，其溫度應(yīng)由低到高逐漸升高，以利于溶劑的充分揮發(fā)。本文分析了PID控制和模糊控制的優(yōu)缺點(diǎn)，將PID控制和模糊控制的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，采用模糊規(guī)則在線整定 PID 的PK 、IK 、DK 三個(gè)參數(shù)的模糊自整定PID控制方法。而在實(shí)際控制過程中，PID 控制器具有原理簡單、 使用方便、 穩(wěn)定可靠、 無靜差等優(yōu)點(diǎn), 因此在控制理論和技術(shù)飛躍發(fā)展的今天, 他在