【正文】 線性和時變性具有一定的適應(yīng)能力，同時對噪聲也有較強的抑制作用，即魯棒性較好。 模糊自整定 PID 控制 模糊自整定 PID 控制是在一般 PID 控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，加上一個模糊控制規(guī)則環(huán)節(jié)，利用模糊控制規(guī)則在線對 PID 參數(shù)進行修改的一種自適應(yīng)控 制系統(tǒng)。電爐溫控具有升溫單向性、大時滯和時變 的特點，如升溫靠電阻絲加熱，降溫依靠自然冷卻，溫度超調(diào)后調(diào)整慢，因此用傳統(tǒng)的控制方法難以得到更好的控制效果。 人們運用模糊數(shù)學(xué)的基本理論和方法，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)則及有關(guān)信息 (如評價指標(biāo)、初始 PID 參數(shù)等 )作為知識存入計算機知識庫中，然后計算機根據(jù)控制系統(tǒng)的實際響應(yīng)情況運用模糊推理，實現(xiàn)自動對 PID 參數(shù)的最佳調(diào)整。因此在溫度控制器設(shè)計中，采用 PID 參數(shù)模糊自整定復(fù)合控 制，實現(xiàn) PID 參數(shù)的在線自調(diào)整功能，可以進一步完善 PID 控制的自適應(yīng)性能，在實際應(yīng)用中也取得了較好的效果。并在此基礎(chǔ)上配備相應(yīng)的系 統(tǒng)管理軟件，改變傳統(tǒng)的落后的管理方式，使管理工作規(guī)范化，提高溫度控制系統(tǒng)流程的業(yè)務(wù)管理水平。將微機技術(shù)引入控制系統(tǒng)中，不僅可以解決傳統(tǒng)控制系統(tǒng)不能解決的問題，而且還能簡化電路、增加或增強功能、提高控制精度和可 靠 性，顯著增強測控系統(tǒng)的自動化、智能化程度，而且可以縮短系統(tǒng)研制周期、降低成本、易于升級和維護。 （ 2） 數(shù)字濾波功能利用 計 算機軟件對測量數(shù)據(jù)進行處理，可以抑制各種干擾和脈沖信號。 微機化的控制系統(tǒng)是以微機為核心、測量控制一體化的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)對被控對象的控制是依據(jù)對被控對象的測量結(jié)果決定的。由于工藝不同，所需要的溫度高低不同，因而所采用的測溫元件和測溫方法也不同 。其系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)框圖可表示為 :系統(tǒng)采用單閉環(huán)形式，其基本控制原理為 :將溫度設(shè)定值 (即輸入控制量 )和溫度反饋值同時送入控制電路部分，然后經(jīng)過調(diào)節(jié)器運算得到輸出控制量，輸出控制量控制驅(qū)動電路得到控制電壓施加到被控對象上，電爐因此達到一定的溫度。同時，控制各種外圍的設(shè)備，使整個系統(tǒng)能高效準(zhǔn)確的運行，以達到溫度控制的目的。具體設(shè)計方案如下：采用溫度傳感器完成對溫度的數(shù)據(jù)采集，并把溫度值轉(zhuǎn)換為電壓值，經(jīng)過放大、 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進入單片機控制系統(tǒng)，與單片機中預(yù)置的參量進行比較后，得到誤差量，并與上一次采集的誤差量進行比較，得到誤差的變化量，把誤差量和誤差的變化量作為模糊 PID 控制器的輸入，經(jīng)過軟件進行處理，輸出控制量，經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換后控制驅(qū)動電路，得到加在電爐上的平均電壓。 圖 31 電爐溫度控制系統(tǒng) 火爐的溫度經(jīng)溫度傳感器轉(zhuǎn)換成 mv 級電信號，經(jīng)放大電路變換成 0～ 5 V 的電壓信號，通過多路開關(guān)送到 A/D 轉(zhuǎn)換器變換成數(shù)字量送單片機。在微機溫度控制系統(tǒng)中，溫度的檢測不僅要完成溫度到模擬電壓量的轉(zhuǎn)換，還要將電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)值量送計算機。 溫度傳感器種類繁多，但在微機溫度控制系統(tǒng)中使用得傳感器，必須是能夠?qū)⒎请娏孔儞Q成電量得傳感器，此次設(shè)計中選用的是熱電偶傳感器，熱電偶傳感器是工業(yè)溫度測量中應(yīng)用最廣泛得一種傳感器，具有精確度高、測量范圍廣、構(gòu)造簡單、使用方便等優(yōu)點。 圖 33 熱電偶測溫原理圖 測量放大器的組成 測量放大器的基本電路如圖 34 所示。11230 1 （ 32） 式中， GR 為用于調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的外接電阻，通常 GR 采用多圈電位器，并靠近組件，若距離較遠，應(yīng)將聯(lián)線膠合在一起，改變 GR 可使放大倍數(shù)在 1～ 1000 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。 對與冷端溫度補償器，在工業(yè)上采用如圖 35 所示補償電橋的冷端補償電路。若電橋在 20℃時處于平衡狀態(tài)。該電路包括 16 選 1 的譯碼器和譯碼器的輸出分別控制的 16 個 CMOS 雙向開關(guān)，通道的輸出狀態(tài)由電路外部輸入的地址 所決定。開關(guān)接通時間： (max)。該芯片具有抗干擾性能好、轉(zhuǎn)換精度高、自動校零、自動 極性輸出、自動量程控制信號輸出、外接元件少、價格便宜等特點。為了提高電源抗干擾的能力，正，負電源分別通過去耦電容 、 與 Vss（ VAG）相連。外接時鐘電阻 Rc=470KΩ時， fLCK≈ 66KHz。這就使得在智能儀 器、儀表、小型檢測及控制系統(tǒng)、家用電器中可直接應(yīng)東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件 12 用單片機而不必再擴展外圍芯片，使用極為方便。 一、總線驅(qū)動器 74LS244 總線驅(qū)動 器 74LS244 經(jīng)常用作三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器， 74LS244 為單向三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器，而 74LS244 為雙向三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器。 圖 39 74LS244 的引腳 二、地址鎖存器 74LS373 74LS373 是一種帶輸出三態(tài)門的 8D鎖存器 ，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 310 所示。OE為輸出允許端 。其中輸入端１Ｄ～８Ｄ接至單片機的Ｐ０口，輸出端１Ｑ～８Ｑ提供的是地址的低８位，Ｇ端接至單片機的地址鎖存器信號ＡＬＥ。 只讀存儲器是由 MOS 管陣列構(gòu)成的，以 MOS 管的接通或斷開來存儲二進制信息。 圖 312 2764 的引腳 其中： A12～ A0： 13 位地址線 。 Vpp：編程電源，當(dāng)芯片編程時，該端加上編程電壓（ +25V 或 +12V）；正常使用時，該端加 +5V 電源。其過程的時序關(guān)系如圖 313所示 圖 313 2764 的工作時序 EPROM 的一個重要特點就是在于它可以反復(fù)擦除，即在其存儲的內(nèi)容擦除后可通過編程（重新）寫入新的內(nèi)容。若芯片是使用過的，則它需要利用紫外線照射其窗口，以便將其內(nèi)容擦除干凈。當(dāng)上述信號穩(wěn)定后，在 PGM 端加上 50177。 標(biāo)準(zhǔn)編程中，每寫入 1 個字節(jié)需要 50ms 左右的時間，對于 2764 來說共需 7～ 8 分鐘時間。 2764 與單片機的連接圖如圖 314 示。按半導(dǎo)體工藝， RAM 分為 MOS 型和雙極型兩種。 按工作方式， RAM 分為靜態(tài)（ SRAM）和動態(tài)（ DRAM）兩種。此外動態(tài) RAM 的功耗低，價格便宜。 A0A1 2I/O0 I/O 7CE1CE2WEOE地址線雙向數(shù)據(jù)線片選線1片選線2寫允許線讀允許線28123567891011121314NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0I/O0I/O1I/O2GNDV CCWECE2A8A9A11OEA10CE1I/O7I/O6I/O5I/O4I/O3626427262524232221201918171615 圖 315 RAM6264 引腳圖 需要說明的是， 6264 有兩個片選信號 CE1 和 CE2，只有當(dāng) CE1＝ 0， CE2＝ 1時，芯片才被選中。采用線選法，將片選信號 CE1 與 相連，片選信號 CE2 與 相連。 179。 179。 179。 圖 317 8155 引腳和結(jié)構(gòu)圖 8155 為 40 腳雙列直插式封裝，其引腳的功能及特點說明如下： RESET：復(fù)位端，高電平有效。采用時方法區(qū)分地址及數(shù)據(jù)信息。 CE：片選信號端，低電平有效。 AD0～ AD7 為 I/O 接口地址，見下表 31。 WR：寫 選通信號端，低電平有效。 PA7～ PA0： A口通用輸入 /輸出線。 PC5～ PC0：可用編程的方法來決定 C口作為通用輸入 /輸出線或作 A口、 B 口數(shù)據(jù)傳送的控 制應(yīng)答聯(lián)絡(luò)線。 Vss：接地端。由 NE555定時器構(gòu)成的看門狗電路如圖321 所示 R C6為定時元件，由單穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生的正脈沖寬度為 usCRtW 63 ?? ，C5用于濾除高頻干擾。在這方面的設(shè)計中我們采用了如圖 322 所示的報警電路。另外，單片機的復(fù)位狀態(tài)與應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)位狀態(tài)又是密切 相關(guān)的，因此，必須熟悉單片機的復(fù)位狀態(tài)。單片機的復(fù)位狀東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件 21 態(tài)要注意 以下幾點： 6． 復(fù)位是單片機的初始化操作。但復(fù)位不影響單片機內(nèi)部的 RAM 狀態(tài)。 000000B PCON 0179。根據(jù)這個原則，采用的電路是： 按鍵電平復(fù)位，如圖 323 所示，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與 Vcc 電源接通而實現(xiàn)的。振蕩電路產(chǎn)生的振蕩脈沖，并不是時鐘脈沖。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件 22 的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。電路中的 C1 和 C2一般取 30PF 左右而晶體震蕩器的頻率范圍通常是 ～ 12 MHZ，晶體震蕩器的頻率越高，振蕩頻率就越高。 本次設(shè)計中我們采用了 6MHZ 的晶體震蕩器。 為了實現(xiàn) LED 顯示器的動態(tài)掃描顯示，除了要給顯示器提供顯示段瑪之外，還要對顯示器進行位的控制，即通常所說的“位控”。電流驅(qū)動即可以用反相的，也可以用相同的。因此必須在 C口與 LED 的位控線之間增加電流驅(qū)動器以提高驅(qū)動能力，常用的有 SN75452（反相）、 7406（反相）或 7407（同相）等。其中顯示器 5 個按鍵 10個。本系統(tǒng)采用的觸發(fā)芯片 TL494 的觸發(fā)電壓需調(diào)至 0～10V，移相范圍 0176。這里采用 12 位 DAC7521 作為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其滿度輸出 10 V，輸出電流經(jīng)運放 OP07 變成 電壓，分辨率為 ? ?mVVLS B 12 ?? （ 34） 每個量化單位可控制的移相角設(shè)為 x176。 /，即 ????? 8 （ 35） 可見控制器的控制平滑度和精度，都有較大的余量。 即 8031 先把低 8位送入第一級緩沖器，然后再送高 4 位數(shù)據(jù)時，同時選通第二級的兩片 74LS373 構(gòu)成的第一級緩沖器，使 12 位數(shù)據(jù)同時出現(xiàn)在 DAC7521 的數(shù)據(jù)輸出線上，進行 D/A 轉(zhuǎn)換。 圖 329 光電隔離放大器 其中， G1,G2是兩個性能、規(guī)格相同 (同一封裝 )的光電耦合器， G1,G2的初級串連，并用同一偏置電流 I1激勵，設(shè) G1和 G2的電流傳輸系數(shù)分別為 a2和 a2，則 112 II ?? ， 123 II ?? （ 36） 則集成運放 A4具有理想性能，則 62 RIUUU i ??? ?? （ 37） 而輸出電壓 U0為東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件 26 ? ?為跟隨器5730 ARIU ? （ 38） 因此，電路的電壓增益 AV可由下式確定 627310VA RIRIUU ?? （ 39） 將式（ 34）和（ 35）代入上式，則 1627VA ?? RR? （ 310） 由于 G G2是同性能、同型號、同封裝的光電耦合器（ MOC8111） ,因此 G G2的電流傳輸系數(shù) a1和 a2可看作是相等的，所以光耦合放大器的電壓增益為 67 RRAV ? （ 311） 由此可知，如圖所示的光耦放大器增益與 G1,G2的電流傳輸系數(shù) a1和 a2無關(guān)。由于光電耦合器初級、次級之間存在著延遲，使 G1和 G2組成的負反饋電路之間顯得遲緩，容易引起電路 C 自激振蕩，連接電容之后，保證了電路對瞬變信號的負反饋作用，提 高了電路的穩(wěn)定性。設(shè)采取 (控制 )周期為 T,在 T 周期內(nèi)工頻交流電的半周波數(shù)為 N，如全導(dǎo)通時額定加熱功率為 PH則實際的平均加熱功率 與 T 周期內(nèi)實際導(dǎo)通的半周波數(shù)n成正比，即 NPnP H?__ （ 312） 過零觸發(fā)調(diào)功器的組成 目前，采用可控硅進行功率調(diào)節(jié)的觸發(fā)方式有兩種 :過零觸發(fā)、移相觸發(fā)。這些諧波分量引起電網(wǎng)電壓波形畸變，功率因數(shù)下降，給其它用電設(shè)備和通訊系統(tǒng)的工作帶來不良