【正文】 3μ V，經(jīng)低溫檢定可作為二等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行低溫量值傳遞。如果熱電偶的工作端與參比端存有溫差時(shí)，顯示儀表將會(huì)指示出熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)所對(duì)應(yīng)的溫度值。 PID 參數(shù)的調(diào)整量的輸入值 ,也就是模糊控制表對(duì)應(yīng)的數(shù)值， 根據(jù)以上推 24 導(dǎo)方法， 可以計(jì)算出 ?Kp， ?Ki， ?Kd 的模糊控制器的查詢表。 (3) 當(dāng) e 較小即接近于設(shè)定值時(shí)，為使系統(tǒng)有良好的穩(wěn)態(tài)性能，應(yīng)增加PK 和 IK 的取值，同時(shí)為避免系統(tǒng)在設(shè)定值附近出現(xiàn)振蕩，并考慮系統(tǒng)的抗干擾性能， DK 的取值相當(dāng)重要。 (2) 積分作用系數(shù) IK 的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程主要有 以下幾個(gè)步驟： 。 ，這有利于模擬人工控制的過程和方法，增強(qiáng)控制系統(tǒng)的適應(yīng)能力，使之具有一定的智能水平。 b 取中位數(shù)法：將求出的模糊子集的隸屬度函數(shù)曲線與橫坐標(biāo)所圍成的面積的均分點(diǎn)對(duì)應(yīng)的論域元素作為判決結(jié)果。 Ai，Bi和 Ci ( i =1， 2，? n)分別是語言變量 x， y， z 在其論域 X， Y， Z 上的語言變量值，所有規(guī)則組合在一起就構(gòu)成了規(guī)則庫(kù)。在模糊控制中，通過用一組語言描述的規(guī)則來表示專家的知識(shí)，專家知識(shí)通常具有如下的形式：if(滿足一組條件 )then(可以推出一組結(jié)論 ) 在 ifthen 規(guī)則中的前提和結(jié)論均是模糊的概念。當(dāng)隸屬度函數(shù)較窄瘦時(shí)，其分辨率較高，控制靈敏度較高；反之，控制較粗糙，系統(tǒng)較平緩，穩(wěn)定性好，但動(dòng)態(tài)性能較差。選擇過少，則使得描述變量變得粗糙，導(dǎo)致控制性能變差。 （ 3）將己經(jīng)變換到論域范圍的輸入量進(jìn)行模糊處理，使原先精確的輸入量變成模糊量，并用相應(yīng)的模糊集合來表示。例如，常見的情況是計(jì)算。(e,ec) 其中 R、 R39。 這時(shí)的模糊控制器就類似于一個(gè) PD 控制器，從而有利于保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少響應(yīng)過程的超 調(diào)量并減弱系統(tǒng)振蕩。換言之，傳統(tǒng) 10 的控制理論對(duì)于明確系統(tǒng)有強(qiáng)而有力的控制能力，但對(duì)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。這個(gè)方法會(huì)引起擾動(dòng)，所以基于模型的 PID 參數(shù)自整定在工業(yè)應(yīng)用不是太好。雖然很多工業(yè)過程是非線性或時(shí)變的，但通過對(duì)其簡(jiǎn)化可以變成基本線性和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)，這樣 PID 就可控制了。和其他簡(jiǎn)單的控制 運(yùn)算不同， 8 PID 控制器可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差別的出現(xiàn)率來調(diào)整輸入值，這樣可以使系統(tǒng)更加準(zhǔn)確，更加穩(wěn)定。在微分時(shí)間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。智能控制方案會(huì)解決更具有挑戰(zhàn)性的復(fù)雜控制問題。 模糊控制雖然已經(jīng)有不少的研究成果 , 而且也被廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中 , 但模糊控制的發(fā)展歷史還不長(zhǎng) , 理論上的系統(tǒng)性和完善性、技術(shù)上的成熟性和規(guī)范性都還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的 , 尤其是模糊控制與其他智能化控制方法相結(jié)合的控制方法 , 還有待于人們?cè)趯?shí)踐中得到驗(yàn)證和進(jìn)一步的提高 本文 的研究?jī)?nèi)容 基于以上當(dāng)前各種的溫度控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，以及烘干爐溫度這一物理參數(shù)變化緩慢，大慣性和大滯后的特點(diǎn)，要求實(shí)時(shí)性較好，需要在集中備選方案中選擇。美國(guó)的模糊工程是從美國(guó)宇航管理局（ NASA）開始的。隨后，在我國(guó)不少高校和研究所都成功研制出用于工業(yè)控制的模糊控制器。 2 控制的發(fā)展 狀況 國(guó)內(nèi) 發(fā)展 現(xiàn) 狀 在計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的發(fā)展情況下，控制系統(tǒng)得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，而現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，也為控制系統(tǒng)的升級(jí)增加了新的內(nèi)容。 而在實(shí)際控制過程中， PID 控制器具有原理簡(jiǎn)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 , 他在工業(yè)控制領(lǐng)域仍具有強(qiáng)大的生命力。 The selection of the single chip microputer ................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 Development status abroad ........................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 本文就是以烘干爐為被控對(duì)象， 本文通過使用銅 銅鎳熱電偶，測(cè)量烘干爐實(shí)際運(yùn)行溫度，送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理， 以 AT89C52 單片機(jī)為基礎(chǔ)，構(gòu)成一個(gè)能 進(jìn)行較為復(fù)雜數(shù)據(jù)處理的控制系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)其硬件電路圖與軟件框圖。 Abstract .............................................................II Chapter 1 Introduction .................................................1 purpose of subject research and significance .............. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 Fuzzy selftuning PID controller design ............. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 The alarming circuit design................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。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。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。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。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。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。 PID 控制，實(shí)際中也有 PI 和 PD 控制。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。微分部分的作用強(qiáng)弱由微分時(shí)間常數(shù) Td 決定。這些方法雖然理論上比較簡(jiǎn)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。 大林算法是由美國(guó) IBM 公司的 Dahlin 于 1968 年針對(duì)工業(yè)過程控制中的純滯后特性而提出的一種控制算法 .該算法的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)合適的數(shù)字調(diào)節(jié)器 D(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) ,而且要求閉環(huán)系統(tǒng)的純滯后時(shí)間等于被控對(duì)象的純滯后時(shí)間 .大林 算法方法比較簡(jiǎn)單 ,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 ,因而在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用 .但它的缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)中存在振鈴現(xiàn)象 ,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 ,甚至系統(tǒng)會(huì)變得不穩(wěn)定 .實(shí)際上已有文獻(xiàn)證明 ,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(jiǎn)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]。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。 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。 模糊控制器的設(shè)計(jì)分為如下定值 A/D 模糊量 化 計(jì)算變量 模糊控制規(guī)律 模糊 推理 去模糊化處理 被控對(duì)象 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 傳感器 11 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)。 （ 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。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。 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。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。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。 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。 解模糊化 包含以下兩部分內(nèi)容：量程轉(zhuǎn)換和解模糊。 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(chǎng)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(jiǎn)單，便于應(yīng)用。 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(kù)中，然后計(jì)算機(jī)根據(jù) 18 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]。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。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 ∧ μC′+∩∨ *μB‘ ∧ ,μBi∧ μC′+ （ 211） 將以上三張模糊控制表裝入單片機(jī)控制系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中，根據(jù)誤差 E 與誤差變化率 EC 查找表中相應(yīng)的值 {Ei,ECi}。 系統(tǒng)框圖如圖 31 所示： 圖 31 系統(tǒng)總體框圖 單 片 機(jī) 系 統(tǒng)執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)光 耦被 控 對(duì) 象（ 烘 干 爐 ）溫 度 采 集信 號(hào)調(diào) 理放 大A / D轉(zhuǎn) 換L E D 顯 示 器鍵 盤外 擴(kuò) R A M電 源熱 電 偶 26 單片機(jī)的選型 AT89C52 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，AT89C52 單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。 銅 銅鎳熱電偶（ T 型熱電偶）又稱銅 康銅熱電偶，也是一種最佳的測(cè)量低溫的廉金屬的熱電偶。 28 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]。 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(cè)溫元件，對(duì)它的要求是多方面的。 25 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(cè)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(cè)烘干爐的溫度情況，共有 4 路溫度傳感器 ，用以監(jiān)測(cè)爐內(nèi)各點(diǎn)溫度情況以及控制信號(hào)是否出現(xiàn)異常。 根據(jù)上述 PID 參數(shù)作用以及在不同的偏差及偏差變化下對(duì) PID 參數(shù)的要求，下面分別給出了 ?Kp， ?Ki , ?Kd 三個(gè)參數(shù)自整定的模糊控制規(guī)則表 ,如 表 23， 24， 25 所示