【正文】 ： 22 圖 23 ?Kp 模糊控制規(guī)則表 圖 24 ?Ki 模糊控制規(guī)則表 23 圖 25 ?Kd模糊控制規(guī)則表 使模糊控制輸出的 模糊值轉(zhuǎn)換為明確的控制訊號， 用于系統(tǒng)的輸入 。 (3) 微分作用系數(shù) DK 的作用是改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，其作用主要是在響應過程中抑制偏差向任何方向的變化，對偏差變化進行提前預報。 語言變量、基本論域、模糊子集、模糊論域和量化因子 如表 21： ddt 常規(guī) PID 控制器 被控 對象 模糊推理 解 模 糊化 模糊化 ?Kp ?Ki ?Kd E Ec r(t) 圖 25 模糊自整定 PID 結(jié)構(gòu)框圖 E 19 表 21 ?Kp， ?Ki , ?Kd模糊論域 選擇各變量的隸屬度函數(shù)為均勻三角函數(shù)， 可以 作出各個變量的隸屬度函數(shù)如 圖 26 所示 ： 圖 26 E ， ec， ?Kp， ?Ki , ?Kd的隸屬度函數(shù) 根據(jù)以上隸屬度函數(shù)，可得出語言變量賦值表如表 22 所示 : 20 表 22 語言變量賦值表 2．確定 PID 參數(shù)模糊調(diào)整規(guī)則 找出在不同時刻 PID 三個參數(shù)與 e 和 ec 之間的模糊關系，在運行中不斷檢測 e 和 ec，根據(jù)模糊控制表 來對三個參數(shù)進行在線修改， 用來修改PID 參數(shù)。所以如何建立一套系統(tǒng)的模糊控制理論，以解決模糊控制的機理、穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)化設計方法等一系列問題； 函數(shù)即系統(tǒng)的設計辦法，這在目前完全憑經(jīng)驗進行； 。變換的方法可以是線性的，也可以是非線性的。推理結(jié)果只表示推理過程已經(jīng)完成，它仍是一個模糊量，必須經(jīng)過解模糊化和量程轉(zhuǎn)換，把它轉(zhuǎn)換為精確量，才能控制被控對象。因此在模糊控制中，模糊控制規(guī)則也就是模糊條件句。 而規(guī)則庫則藉由一群語言控制規(guī)則描述控制目標和策略 ，用于進行模糊推理。 定義一個模糊子集，實際上就是要確定模糊子集的隸屬函數(shù)的形狀。模糊控制器的規(guī)則表現(xiàn)為一組模糊條件語句，在模糊條件語句中描述輸入輸出變量狀態(tài)的一些詞匯 (也稱為語言值，如“正大”、“正中”、“負小”等 )的集合，稱為這些模糊語言變量的詞集，它是根據(jù)模糊語言的定義，由語法規(guī)則生成的語言值的集合。此處為方便起見，將輸出控制量的量化因子一并說明。 模糊化在處理不確定信息方面具有重要作用。(E)其中 R、 R39。 模糊控制器設計步驟 對于模糊控制器的設計，并不是利用數(shù)學模型來描述被控系統(tǒng)的特性，更多的需要靠 專家的經(jīng)驗和知識 。 （ 2） PID 在控制非線性、時變、耦合及參數(shù)和結(jié)構(gòu)不確定的復雜過程時，工作地不是太好。如果過程的動態(tài)特性變化，例如可能由負載的變化引起系統(tǒng)動態(tài)特性變化， PID 參數(shù)就可以重新整定。 Smith 預估控制器是一種廣泛應用的對純滯后對象進行補償?shù)目刂品椒?，實際應用中，表現(xiàn)為給 PID 控制器并接一個補償環(huán)節(jié)，將控制通道傳遞函數(shù)中的純之后部分與其他部分進行分離，其特點是預先估計出系統(tǒng)在給定信號下的動態(tài)特性，然后由預估器 進行補償，盡量使被延遲了的超調(diào)量超前反映到調(diào)節(jié)器，使調(diào)節(jié)動作提前，從而減少超調(diào)量并加速超調(diào)過程。數(shù)學表達式為： KpTd de(t)dt (23) 根據(jù)上文所述， PID 的整體數(shù)學模型可由下式表示： U(t) = Kp,e(t)+ 1Ti∫ e(t)t0 dt+Td de(t)dt (24) 其中： u(t)— 控制器的輸出 e(t)— 控制器的輸入，它是給定值和被控對象輸出值的差，稱偏差信號 Kp — 控制器的比例系數(shù) Ti— 控制器的積分時間 Td— 控制器的微分時間 PID 控制器是一種 經(jīng)典反饋控制 器，它 的主要特征是基于精確的系統(tǒng)數(shù)學模型的控制 .適于解決線性，時不變等相對簡單的控制問題。數(shù)學表達式為： KpTi∫e(t)dt (22) 7 （ 3）微分（ D）控制 微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預見性，能預見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。 Kp取值大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但若 Kp取值過大，則會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。 ，詳細介紹各部分電路圖的主要芯片，并要求完成外圍電路以及大圖的整體設計；實現(xiàn)系統(tǒng)的軟件部分，需要畫出程序框圖，并實現(xiàn)主要部分的源代碼。 模糊控制系統(tǒng)主要是模擬人的思維、推理和判斷的一種控制方法 , 它將人的經(jīng)驗、常識等用自然語言的形式表達出來 , 建立一種適用于計算機處理的輸入輸出過程模型 , 是智能控制的一個重要研究領域 [2]。 國外發(fā)展狀況 1974 年英國羅敦大學教授 首先成功地把模糊理論用于鍋爐和蒸汽機的控制，這一開拓性的工作標志著模糊控制工程的誕生。自 1979年開始，我國的模糊控制理論以及研究 開始發(fā)展。 在實際烘干過程中，由于被加熱金屬的導熱率、裝入量以及加熱溫度和控制元件延時等因素的不同，因此烘干爐本身具有非常大的不確定性。 VI A/D conversion circuit design.............................................................................29 The keyboard and display circuit design ............................................................31 Memory expansion circuit design ....................................... 錯誤 !未定義書簽。 Fuzzy selftuning PID scheme ......................................... 錯誤 !未定義書簽。 基于模糊自整定 PID 控制算法的控制系統(tǒng)有相當好的靈活性，能進行數(shù)據(jù)實時采集、利用模糊 PID 算法進行處理及控制結(jié)果顯示等功能，可以獲得較高的控制精度。 本文 分析了 PID 控制和模糊控制的優(yōu)缺點，將 PID 控制和 模糊控制的優(yōu)點結(jié)合起來，采用模糊規(guī)則在線整定 PID 的 PK 、 IK 、 DK 三個參數(shù)的模糊自整定 PID 控制方法。 The advantages and disadvantages of the fuzzy controller錯誤 !未定義書簽。 Temperature acquisition circuit design............................... 錯誤 !未定義書簽。在當控制對象參數(shù)發(fā)生變化時 ,傳統(tǒng)的 PID 控制必須對參數(shù)重新整定 ,才能重新實現(xiàn)對烘干爐精確穩(wěn)定的控制，而這正是它的最大缺點 [1]。 我國模糊控制理論發(fā)展以及研究工作相比國外，開始時間較晚。近年來，我國也推出了 模糊控制全自動洗衣機，模糊電飯煲，模糊控制自動恒溫器等產(chǎn)品，開始進入商業(yè)市場，標志著我過模糊技術(shù)的應用研究有了飛速的發(fā)展。德國西門子公司和通訊電器公司聯(lián)合研制了模糊 166 芯片，這種芯片具有三維模糊邏輯功 能，可以操縱無人駕駛模型汽車。 ，選擇了純 PID 控制、模糊控制、模糊自適應 PID 控制三種控制方案，運用 Matlab 軟件中 Simulink 仿真部分對它們的控制性 4 能和抗干擾能力進行了仿真比較，選出響應速度快、超調(diào)量小、穩(wěn)態(tài)誤 差小的技術(shù)要求的解決方案作為控制器。 PID控制的基本概念 PID 控制，即比例、積分、微分控制的 簡稱 ，是目前應用最為廣泛的調(diào)節(jié)器。系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。因此，加入積分調(diào)節(jié)會使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應變慢。此外， 微分反應的是變化率，而當輸入沒有變化時，微分作用輸出為零。 PID 控制的難點在于如何對控制參數(shù)進行整定，以求得到最佳控制效果。也就是， PID 參數(shù) Kp， Ti 和 Td 可以根據(jù)過程的動態(tài)特性及時整定。 所以常規(guī) PID 控制器無法同時滿足跟蹤設定值和抑制擾動的不同性能要求。模糊控制原理框圖 如 圖 22 所示 : 模糊控制器（單片機） + 圖 22 模糊控制原理框圖 在整個模糊控制理論中，主要包括 包括模糊集合論（ Fuzzy Set）、模糊邏輯、模糊推理和模糊控制等方面的內(nèi)容 。如圖 23 所示： 這是 非常基礎的一類模糊控制器，其控制規(guī)則也比較 簡單，可用如下模糊條件語句描述其控制規(guī)則： If e is A then U is B （或者△ U is B） If e is C then U is D （或者△ U is D） 其中 A、 B、 C、 D 都是模糊子集該結(jié)構(gòu)模糊控制器的輸入 [6]，輸出關系可分別用下式表示： U = R(E) △ U = R39。 即 將輸入值以適當?shù)谋壤D(zhuǎn)換到論域的數(shù)值 [7]，按照適合的語言值求該值相對的 隸屬度 。 （ 2）將上述已經(jīng)處理過的輸入量進行尺度變換，使其變換到各自的論圖 24 模糊控制器結(jié)構(gòu) 2 模糊 控制器 輸出 Δ U E 輸入 EC 輸入 模糊 控制器 輸出 U E 輸入 EC 輸入 13 域范圍。 、語言值及其隸屬度函數(shù) 確定好模糊控制器的結(jié)構(gòu) 之后 ，模糊控制器的輸入語言變量和輸出語言變量也就相應 地 確定了。一般來說，一個語言變量選用 2— 10 個語言值較合適，通常都選擇“負大”、“負中”、“負小”、“零”、“正小”、“正中”、“正大”等七個詞匯，也可以根據(jù)實際系統(tǒng)需要選擇語言變量的個數(shù)。 包括數(shù)據(jù)庫與規(guī)則庫 兩部分，其中數(shù)據(jù)庫是提供處理模糊數(shù)據(jù)之相關定義，即上文所說專家經(jīng)驗和知識。常常稱這樣的 ifthen 規(guī)則為模糊條件句。 模糊控制中有多種模糊推理類型 [11]，目前模糊蘊含運算采用較多的是 Mamdani 的極大極小值運算規(guī)則。對于論域為離散的情況則有 : z0 = ∑ ziμc(zi)ni=1∑ μc(zi)ni=1 （ 28） （ 2）量程轉(zhuǎn)換將求得的清晰值 z0，經(jīng)尺度變換為實際的控制量。 缺點 是 ： [13]，這對復雜系統(tǒng)的控制是難以奏效的。系統(tǒng)的輸入量是設定的溫度值，所以這里選擇模糊控制器的輸入量為溫度的偏差 e 和偏差變化率 ec，輸出量為 PID 參數(shù)的修正量 ?Kp， ?Ki , ?Kd [15]。若 IK 過小，將使系統(tǒng)靜態(tài)誤差難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。 (4) 偏差變化量 ec 的大小表明偏差的變化率， ec 值較大， PK 的取值越小， IK 取值越大。 U(k)為本控制器最終輸出的控制量。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。 溫度傳感器的選擇上，根據(jù)烘干爐內(nèi)部所處溫度環(huán)境，綜合考慮，本文選用了 銅 銅鎳熱電偶 ，型號為 WRC101，此傳感器為裝配型熱電偶，可以直接進行工業(yè)應用。它的正極（ TP）是純銅，負極（ TN）為銅鎳合金，稱 之為康銅，它與鎳鉻 康銅的康銅 EN 通用，與鐵 康銅的康銅 JN 不能通用，盡管它們都叫康銅，銅 銅鎳熱電偶的蓋測量溫區(qū)為 200~350℃。 AT89C52 的 40 條引腳按功能來分，可分為 3 部分，電源及時鐘引腳、控制引腳和輸入 /輸出引腳， AT89C52 的全面 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) ， 有MCS51 的編程經(jīng)驗就可以為 AT89C52 編寫程序； 而且配套的外圍硬件芯片非常成熟 ,方便我們進行擴展；其中，單片機本身含有 8k 可反復擦寫 (大于 1000次） Flash ROM，基本足夠存儲程序使用；具備 32 個雙向 I/O 口，可以外接鍵盤， LED 顯示器等外圍電路；具有 2 個串行中斷， 共 8 個中斷源，十分方便編寫中斷服務程序，擴展程序功能，非常符合本系統(tǒng)使用。 由于模糊控制器輸出是一個模糊集合，它無法對精確的模擬或數(shù)字系統(tǒng)進行控制。由傳統(tǒng)經(jīng)驗得知控制過程對參數(shù) PK ,IK ,DK 的自整定要求如下： (1) 當偏差 e 較大時，為了加速系統(tǒng)的響應速度，應取較大的 PK ；為了避免由于開始時偏差 e 的瞬間變大可能出現(xiàn)的微分過飽和而使控制作用超出許可范圍，應取較小的 DK ；為了防止系統(tǒng)響應出現(xiàn)