【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(hào)， 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(dòng)態(tài)特性，其作用主要是在響應(yīng)過(guò)程中抑制偏差向任何方向的變化，對(duì)偏差變化進(jìn)行提前預(yù)報(bào)。 語(yǔ)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(duì)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(gè)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(yǔ)言變量賦值表如表 22 所示 : 20 表 22 語(yǔ)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(shí)刻 PID 三個(gè)參數(shù)與 e 和 ec 之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行中不斷檢測(cè) e 和 ec，根據(jù)模糊控制表 來(lái)對(duì)三個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線修改， 用來(lái)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(jī)理、穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法等一系列問(wèn)題； 函數(shù)即系統(tǒng)的設(shè)計(jì)辦法，這在目前完全憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)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(guò)程已經(jīng)完成，它仍是一個(gè)模糊量，必須經(jīng)過(guò)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(duì)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(kù)則藉由一群語(yǔ)言控制規(guī)則描述控制目標(biāo)和策略 ，用于進(jìn)行模糊推理。 定義一個(gè)模糊子集，實(shí)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(yǔ)句，在模糊條件語(yǔ)句中描述輸入輸出變量狀態(tài)的一些詞匯 (也稱為語(yǔ)言值，如“正大”、“正中”、“負(fù)小”等 )的集合，稱為這些模糊語(yǔ)言變量的詞集，它是根據(jù)模糊語(yǔ)言的定義，由語(yǔ)法規(guī)則生成的語(yǔ)言值的集合。此處為方便起見(jiàn)，將輸出控制量的量化因子一并說(shuō)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(shè)計(jì)步驟 對(duì)于模糊控制器的設(shè)計(jì)，并不是利用數(shù)學(xué)模型來(lái)描述被控系統(tǒng)的特性，更多的需要靠 專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí) 。 （ 2） PID 在控制非線性、時(shí)變、耦合及參數(shù)和結(jié)構(gòu)不確定的復(fù)雜過(guò)程時(shí)，工作地不是太好。如果過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性變化，例如可能由負(fù)載的變化引起系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性變化， PID 參數(shù)就可以重新整定。 Smith 預(yù)估控制器是一種廣泛應(yīng)用的對(duì)純滯后對(duì)象進(jìn)行補(bǔ)償?shù)目刂品椒?，?shí)際應(yīng)用中，表現(xiàn)為給 PID 控制器并接一個(gè)補(bǔ)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(jìn)行分離，其特點(diǎn)是預(yù)先估計(jì)出系統(tǒng)在給定信號(hào)下的動(dòng)態(tài)特性，然后由預(yù)估器 進(jìn)行補(bǔ)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(dòng)作提前，從而減少超調(diào)量并加速超調(diào)過(guò)程。數(shù)學(xué)表達(dá)式為： KpTd de(t)dt (23) 根據(jù)上文所述， PID 的整體數(shù)學(xué)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(duì)象輸出值的差，稱偏差信號(hào) Kp — 控制器的比例系數(shù) Ti— 控制器的積分時(shí)間 Td— 控制器的微分時(shí)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(xué)模型的控制 .適于解決線性，時(shí)不變等相對(duì)簡(jiǎn)單的控制問(wèn)題。數(shù)學(xué)表達(dá)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(hào)的變化率，具有預(yù)見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒(méi)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(guò)大，則會(huì)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(wèn)世至今已有近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(xì)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(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟件部分，需要畫出程序框圖，并實(shí)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(yàn)、常識(shí)等用自然語(yǔ)言的形式表達(dá)出來(lái) , 建立一種適用于計(jì)算機(jī)處理的輸入輸出過(guò)程模型 , 是智能控制的一個(gè)重要研究領(lǐng)域 [2]。 國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r 1974 年英國(guó)羅敦大學(xué)教授 首先成功地把模糊理論用于鍋爐和蒸汽機(jī)的控制，這一開(kāi)拓性的工作標(biāo)志著模糊控制工程的誕生。自 1979年開(kāi)始，我國(guó)的模糊控制理論以及研究 開(kāi)始發(fā)展。 在實(shí)際烘干過(guò)程中，由于被加熱金屬的導(dǎo)熱率、裝入量以及加熱溫度和控制元件延時(shí)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(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 Fuzzy selftuning PID scheme ......................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 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。 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(lái)，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。 The advantages and disadvantages of the fuzzy controller錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 Temperature acquisition circuit design............................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。在當(dāng)控制對(duì)象參數(shù)發(fā)生變化時(shí) ,傳統(tǒng)的 PID 控制必須對(duì)參數(shù)重新整定 ,才能重新實(shí)現(xiàn)對(duì)烘干爐精確穩(wěn)定的控制，而這正是它的最大缺點(diǎn) [1]。 我國(guó)模糊控制理論發(fā)展以及研究工作相比國(guó)外，開(kāi)始時(shí)間較晚。近年來(lái)，我國(guó)也推出了 模糊控制全自動(dòng)洗衣機(jī)，模糊電飯煲，模糊控制自動(dòng)恒溫器等產(chǎn)品，開(kāi)始進(jìn)入商業(yè)市場(chǎng)，標(biāo)志著我過(guò)模糊技術(shù)的應(yīng)用研究有了飛速的發(fā)展。德國(guó)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(wú)人駕駛模型汽車。 ，選擇了純 PID 控制、模糊控制、模糊自適應(yīng) PID 控制三種控制方案，運(yùn)用 Matlab 軟件中 Simulink 仿真部分對(duì)它們的控制性 4 能和抗干擾能力進(jìn)行了仿真比較，選出響應(yīng)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(jiǎn)稱 ，是目前應(yīng)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(huì)使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。此外， 微分反應(yīng)的是變化率，而當(dāng)輸入沒(méi)有變化時(shí)，微分作用輸出為零。 PID 控制的難點(diǎn)在于如何對(duì)控制參數(shù)進(jìn)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(guò)程的動(dòng)態(tài)特性及時(shí)整定。 所以常規(guī) PID 控制器無(wú)法同時(shí)滿足跟蹤設(shè)定值和抑制擾動(dòng)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(jī)） + 圖 22 模糊控制原理框圖 在整個(gè)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?；A(chǔ)的一類模糊控制器，其控制規(guī)則也比較 簡(jiǎn)單，可用如下模糊條件語(yǔ)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(guān)系可分別用下式表示： U = R(E) △ U = R39。 即 將輸入值以適當(dāng)?shù)谋壤D(zhuǎn)換到論域的數(shù)值 [7]，按照適合的語(yǔ)言值求該值相對(duì)的 隸屬度 。 （ 2）將上述已經(jīng)處理過(guò)的輸入量進(jìn)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(yǔ)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(yǔ)言變量和輸出語(yǔ)言變量也就相應(yīng) 地 確定了。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)語(yǔ)言變量選用 2— 10 個(gè)語(yǔ)言值較合適，通常都選擇“負(fù)大”、“負(fù)中”、“負(fù)小”、“零”、“正小”、“正中”、“正大”等七個(gè)詞匯，也可以根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)需要選擇語(yǔ)言變量的個(gè)數(shù)。 包括數(shù)據(jù)庫(kù)與規(guī)則庫(kù) 兩部分，其中數(shù)據(jù)庫(kù)是提供處理模糊數(shù)據(jù)之相關(guān)定義，即上文所說(shuō)專家經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。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(yùn)含運(yùn)算采用較多的是 Mamdani 的極大極小值運(yùn)算規(guī)則。對(duì)于論域?yàn)殡x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(shí)際的控制量。 缺點(diǎn) 是 ： [13]，這對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的控制是難以奏效的。系統(tǒng)的輸入量是設(shè)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(guò)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(hù)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(hào)為 WRC101，此傳感器為裝配型熱電偶，可以直接進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用。它的正極（ TP）是純銅，負(fù)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(cè)量溫區(qū)為 200~350℃。 AT89C52 的 40 條引腳按功能來(lái)分，可分為 3 部分，電源及時(shí)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(yàn)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(jìn)行擴(kuò)展；其中，單片機(jī)本身含有 8k 可反復(fù)擦寫 (大于 1000次） Flash ROM，基本足夠存儲(chǔ)程序使用；具備 32 個(gè)雙向 I/O 口，可以外接鍵盤， LED 顯示器等外圍電路；具有 2 個(gè)串行中斷， 共 8 個(gè)中斷源，十分方便編寫中斷服務(wù)程序，擴(kuò)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(gè)模糊集合，它無(wú)法對(duì)精確的模擬或數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行控制。由傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)得知控制過(guò)程對(duì)參數(shù) PK ,IK ,DK 的自整定要求如下： (1) 當(dāng)偏差 e 較大時(shí)，為了加速系統(tǒng)的響應(yīng)速度，應(yīng)取較大的 PK ；為了避免由于開(kāi)始時(shí)偏差 e 的瞬間變大可能出現(xiàn)的微分過(guò)飽和而使控制作用超出許可范圍，應(yīng)取較小的 DK ；為了防止系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)