【正文】 （3）直通方式。第二種方法是使輸入寄存器工作在直通狀態(tài)，而DAC寄存器工作在鎖存狀態(tài)。l DGND：數(shù)字量地。l RFB：反饋電阻引出端。 當(dāng)ILE=1和/WR1=1時，為輸入寄存器鎖存方式。各引腳的功能定義如下：l DI7～DI0：8位的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換輸入端，DI7為最高位。 D/A轉(zhuǎn)換器的選擇及連接 DAC0832簡介圖410 DAC0832的引腳圖D/A轉(zhuǎn)換典型芯片之一DAC0832由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。等時間一到，轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，就可以從“三態(tài)輸出鎖存器”讀取數(shù)據(jù)。ADC0809與AT89S52接口工作方式見圖49。l Vcc ＋5V電源l Vref 參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。 OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高電阻；216。其地址狀態(tài)與通道對應(yīng)關(guān)系見表41。 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇及連接 ADC0809簡介A/D轉(zhuǎn)換典型芯片ADC0809是8位8通道逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，采用CMOS工藝，可實現(xiàn)8路模擬信號的分時采集，片內(nèi)有8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時間為100us左右。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。l RST：復(fù)位輸入。 (定時/計數(shù)器0)。 (串行輸入口)。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。 /MISO（在系統(tǒng)編程用）。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。鍵盤設(shè)置初值和控制8155接口芯片。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。Tv=3TcritKpKpcrit————————PD曲線振蕩頻率快，先把微分降下來；動差大來波動慢。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。積分時間常數(shù)太小會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增大系統(tǒng)的振蕩次數(shù)。如圖36所示?？梢岳媚：壿嫻ぞ呦浣⒁粋€fis型文件。微分控制TD對系統(tǒng)性能的影響：微分作用可以改善動態(tài)特性，TD偏大時，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時間較短。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。I從過去的平均誤差值來找到系統(tǒng)的輸出結(jié)果和預(yù)定值的平均誤差。如果Kp的符號選擇不當(dāng)對象狀態(tài)(pv值)就會離控制目標(biāo)的狀態(tài)(sv值)越來越遠(yuǎn)，如果出現(xiàn)這樣的情況Kp的符號就一定要取反。比例來控制當(dāng)前，誤差值和一個負(fù)常數(shù)P（表示比例）相乘，然后和預(yù)定的值相加。各個語言值的定義分別由三角形隸屬函數(shù)曲線來描述。系統(tǒng)的微分環(huán)節(jié)系數(shù)能反映信號變化的趨勢，并能在偏差信號變化太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快響應(yīng)速度，減少調(diào)整時間，消除振蕩．最終改變系統(tǒng)的動態(tài)性能。增大Kp能提高響應(yīng)速度，減小穩(wěn)態(tài)誤差；但是，Kp值過大會產(chǎn)生較大的超調(diào)，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定減小Kp可以減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性，但Kp過小會減慢響應(yīng)速度，延長調(diào)節(jié)時間。②當(dāng)|E|處于中等大小時，為使系統(tǒng)響應(yīng)超調(diào)較小，Kp應(yīng)取小些。 模糊PID控制器的設(shè)計模糊控制本質(zhì)（機理）分為單一型和復(fù)合型。因此在確定某一語言變量模糊子集的個數(shù)時，應(yīng)使論域中任何一個元素對這些模糊子集的隸屬度最大值不能太小，否則會在這些點附近出現(xiàn)不靈敏區(qū)而造成失控，使系統(tǒng)性能變壞。最后確定Kec。輸出比例因子Ku作為模糊控制器的總的增益，它的大小影響著控制器的輸出，通過調(diào)整Ku可以改變對被控對象輸入的大小。因為從理論上講，Ke增大，相當(dāng)于縮小了誤差的基本論域，增大了誤差變量的控制作用，因此導(dǎo)致上升時間變短，但由于出現(xiàn)超調(diào)，使得系統(tǒng)的過渡過程變長。（2）精確量的模糊化 語言值選?。篘B，NM，NS，NO，PO，PS，PM，PL。在實時控制時，模糊控制器首先將采樣得到的輸入量(偏差、偏差變化)量化到輸入量語言變量模糊論域中，再根據(jù)量化的結(jié)果去查查詢表，得出控制量的量化值。當(dāng)誤差為負(fù)小時，系統(tǒng)接近穩(wěn)態(tài)，若誤差變化為負(fù)，選取控制量為正中。數(shù)據(jù)庫存放所有輸出變量的全部模糊子集的隸屬度矢量值。模糊化模糊算法模糊判決模糊控制器圖32　　模糊控制系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)圖模糊化接口推理機清晰化接口知識庫模糊控制器數(shù)據(jù)庫規(guī)則庫控制量u偏差圖33　　模糊控制器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖模糊控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖33所示。第三章 模糊自整定PID控制器的設(shè)計 模糊控制器的設(shè)計 模糊控制器的結(jié)構(gòu) 一維模糊控制器的輸入語言變量為被控量和給定值的偏差，動態(tài)控制性能不佳，控制效果不能令人滿意。PID控制器作為控制系統(tǒng)的控制器已在工程實際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品，但是無論怎樣單一的PID控制有其自身的不足，這就要求我們對其進行完善。另一方面，單片機應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。（10）單片機在實時控制中的應(yīng)用：單片機廣泛地用于各種實時控制系統(tǒng)中。單片機將使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。單片機的尋址能力也已突破64KB的限制，有的已可達(dá)到1MB和16MB，片內(nèi)的ROM容量可達(dá)62MB，RAM容量則可達(dá)2MB。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的CPU。PID三參數(shù)具有明確的物理意義，對它們之間的相互關(guān)系及在響應(yīng)各階段的要求也已研究比較透徹，找到模糊PID控制器各參數(shù)和PID參數(shù)間的等效關(guān)系，根據(jù)控制要求調(diào)整模糊PID控制器參數(shù)，這也是今后研究的一個方向。模糊控制器是模糊控制理論的一個重要分支，也是一個模糊控制系統(tǒng)的核心。 模糊PID控制器 模糊控制模糊控制是以模糊集合論、模糊數(shù)學(xué)、模糊語言形式的知識表示和模糊邏輯的規(guī)則推理為理論基礎(chǔ)，采用計算機控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有反饋通道的閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)模糊控制原理。另外，由于基于控制律的系統(tǒng)沒有成熟的穩(wěn)定性分析方法，參數(shù)整定可靠與否存在很多問題。在實際應(yīng)用中也有PI和PD控制。設(shè)計系統(tǒng)的部分硬件電路圖，設(shè)計軟件流程圖。單片機已經(jīng)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。所謂PID控制（Control of Proportion Integration Differentiation）就是比例、積分、微分控制。此外，考慮把模糊PID控制和當(dāng)今新型的、性能較好的單片機結(jié)合在一起，更好的發(fā)揮他們的作用。而模糊控制的魯棒性好，無需知道被控對象的數(shù)學(xué)模型，且在快速性方面有著自己的優(yōu)勢。s mathematical model, and the rapidity has its own advantage. But the fuzzy control has fuzzy rules limited level, it can cause steadystate error. This means single PID control or single Fuzzy Control has its own deficiencies, therefore analysis their advantages and disadvantages, consider bine them and formed fuzzy PID Control, Realize plementary strengths. Addition, consider bine the fuzzy PID control and MCU which is new and whose performance is better.This paper mainly centered fuzzy PID controller. Introduce the past, status and future development trend of the PID controller and the fuzzy MCU and fuzzy PID control designe a Fuzzy PID controller based MCU. Consider the AT89S52 MCU as a carrier, using 8155 chip, A \ D converter, D \ A converter ,plete the hardware and software design of the fuzzy PID controller based MCU.Keyword: PID control MCU Fuzzy control目 錄第一章 引 言 1 課題研究背景及意義 1 課題簡介 1第二章 控制器簡介 2 PID控制器 2 模糊PID控制器 3 單片機 4 可行性分析 6第三章 模糊自整定PID控制器的設(shè)計 7 模糊控制器的設(shè)計 7 模糊PID控制器的設(shè)計 11 PID參數(shù)對控制性能的影響 15 模糊自整定 PID 控制器性能的研究 17第四章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 28 基于單片機的模糊PID綜合控制系統(tǒng)的控制回路 28 單片機的選擇 29 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇及連接 32 D/A轉(zhuǎn)換器的選擇及連接 36 單片機系統(tǒng)的擴展簡介 40 存儲器的擴展 40 I/O口的擴展（8155擴展芯片） 44 鎖存器 47 系統(tǒng)的部分主要電路 48第五章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 56 主程序流程圖 56 T0中斷服務(wù)程序 56 采樣子程序 57 模糊PID校正程序流程圖 57 控制部分輸出程序 58結(jié) 論 60謝 辭 61參考文獻 62附 錄 63第一章 引 言 課題研究背景及意義隨著科技的飛速發(fā)展，一個國家自動化程度的高低，已經(jīng)成為衡量其發(fā)展水平的重要標(biāo)志。但模糊控制易受模糊規(guī)則有限等級的限制而引起穩(wěn)態(tài)誤差。 課題簡介本次設(shè)計是以單片機為載體，利用其他相關(guān)芯片，完成對不同被控對象的模糊PID綜合控制系統(tǒng)，即用一套設(shè)備可以完成對不同對象的模糊PID控制。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。閉環(huán)工作時，要求在過程中插入一個測試信號。 PID控制的發(fā)展方向PID控制發(fā)展至今已經(jīng)有智能PID控制、模糊PID控制、自適應(yīng)PID控制、參數(shù)自整定PID控制等，而PID控制器的精髓在于其控制算法。換言之，傳統(tǒng)的控制理論對于明確系統(tǒng)有強而有力的控制能力，但對于過于復(fù)雜或難以精確描述的系統(tǒng)，則顯得無能為力了。從目前模糊PID控制器研究和應(yīng)用的情況來看，以下幾個方面是今后工作的重點：(1)模糊PID控制器的結(jié)構(gòu)。自單片機誕生至今，已發(fā)展為上百種系列的近千個機種。芯片外部有許多供擴展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。機電一體化產(chǎn)品是指集成機械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)于一體，具有智能化特征的機電產(chǎn)品，例如微機控制的車床、鉆床等。 （7）單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用：單片機在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。單片機在這種系統(tǒng)中往往作為一個終端機，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點上，對現(xiàn)場信息進行實時的測量和控制。以PID控制算法為主，利用單片機以及一些外圍元件，如：A\D轉(zhuǎn)換器，D\A轉(zhuǎn)換器，傳感器，接口芯片，電腦等設(shè)計出控制器?；谀：刂啤ID控制算法與單片機的優(yōu)點，我們可以應(yīng)用模糊控制、PID控制算法，利用單片機以及一些外圍元件，如：A\D轉(zhuǎn)換器，D\A轉(zhuǎn)換器，傳感器，接口芯片，PC機等，設(shè)計出一種基于單片機的模糊PID控制器，單片機在這里就相當(dāng)于大腦，PID控制算法就是單片機的靈魂。由于這類模糊控制器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，推理運算時間長，一般較少使用。由于人的行為在正、負(fù)兩個方向上基本是對稱的，再考慮變量的零狀態(tài)，共有八個詞匯對模糊變量的狀態(tài)進行描述：PB（正大），PM（正中）；PS（正?。?；PO（正零）；NO（負(fù)零）；NS（負(fù)小）；NM（負(fù)中）；NB（負(fù)大）。建立模糊控制規(guī)則表的基本思想：當(dāng)誤差為負(fù)大時，若誤差變化為負(fù)，這時誤差有增大的趨勢，為盡快消除已有的負(fù)大誤差并抑制誤差變大，所以控制量得取正大。推理的結(jié)果是一個模糊行向量，需要運用判決方法進行判決得到一個量化值。必須從模糊輸出隸屬函數(shù)中找出一個最能代表這個模糊集合作用的精確量，這就是模糊判決。一般選擇模糊論域中所含元素個數(shù)為模糊語言變量總數(shù)的2倍以上，確保各模糊集能較好覆蓋論域，避免出現(xiàn)失控現(xiàn)象。（4）比例因子Ku的確定系統(tǒng)對Ku的要求：控制精度高，系統(tǒng)穩(wěn)定。有時候這些公式并不好使。②隸屬函數(shù)幅寬對模糊控制性能的影響幅寬窄，模糊子集形狀較陡，稱為高分辨率，輸出變化劇烈，控制靈敏度高；幅寬寬，模糊子集形狀較平緩，稱為低分辨率，輸出變化緩慢，穩(wěn)定性好。于是就出現(xiàn)了自適應(yīng)模糊控制器，它的思想是在線或離線調(diào)節(jié)模糊控制規(guī)則的結(jié)構(gòu)或參數(shù)，使之趨于最優(yōu)狀態(tài)，達(dá)到控制規(guī)則在控制過程中自動調(diào)整和完善。逆模糊化處理RPID調(diào)節(jié)器被控對象de/dt測量反饋基于單片機的模糊PID控制器Y干擾擾動模