【正文】 模糊集理論與近似推理[M]. 武漢大學(xué)出版社, ,8093[10] 廉小親. 模糊控制技術(shù). 中國(guó)電力出版社[M], ,74100[11] 王立軍. 模糊系統(tǒng)與模糊控制教程[M]. 清華大學(xué)出版, [12] 張晶,汪濱琦,[J].應(yīng)用科技,2007,[13] 喬志杰,[J].自動(dòng)化與儀表,2008, [14] [J].機(jī)電工程,2004, [15] 李書臣,胡玉娥,[J].儀表技術(shù)與傳感器,2001, [16] 張健,[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),2003, [17] 馬莉,[J].中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1998, [18] [J].華中理工大學(xué)學(xué)報(bào),2000, 致 謝本研究是在我的導(dǎo)師肖鋒老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。T1中斷程序流程圖如圖47所示。濾波子程序流程圖如圖43所示。其中控制算法采用數(shù)字PID調(diào)節(jié)，應(yīng)用增量型控制算法，并對(duì)積分項(xiàng)進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到更好的控制效果。PROTUES軟件的功能特點(diǎn)介紹如下：1．原理布圖 2．PCB自動(dòng)或人工布線 3．SPICE電路仿真　 革命性的特點(diǎn)： 1．互動(dòng)的電路仿真。 元器件清單系統(tǒng)所需的元器件清單如表312所示。由于仿真軟件自身?xiàng)l件的原因，使用綠色的LED燈代替，當(dāng)綠燈亮?xí)r，表示正在加熱，不亮?xí)r，停止加熱。按照設(shè)計(jì)要求，溫度的設(shè)定范圍為50150度，其仿真如圖37所示。圖35 單片機(jī)仿真 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與采集模塊A/D0808AD0808是CMOS的8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用逐次逼近原理進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，芯片內(nèi)有模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換兩大部分，可對(duì)8路0～5V的輸入模擬電壓信號(hào)分時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。MCS51單片機(jī)的存儲(chǔ)器配置比一般的微機(jī)配置復(fù)雜，其具體配置是多種存儲(chǔ)器的交疊。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位?？刂葡到y(tǒng)中負(fù)反饋回路中的測(cè)量變送環(huán)節(jié)的測(cè)量值和被控變量的設(shè)定值進(jìn)行加法運(yùn)算得到偏差信號(hào)，此偏差信號(hào)經(jīng)過采樣、濾波，通過模數(shù)轉(zhuǎn)化器變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)和存儲(chǔ)器芯片進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換器送給控制閥進(jìn)行控制。TD偏小時(shí)，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時(shí)間也較長(zhǎng)。這就是說，在控制器中僅引入“比例項(xiàng)”往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。一個(gè)簡(jiǎn)單的比例系統(tǒng)會(huì)振蕩，會(huì)在預(yù)定值的附近來回變化，因?yàn)橄到y(tǒng)無法消除多余的糾正。 積分（I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。P只是在控制器的輸出和系統(tǒng)的誤差成比例的時(shí)候成立。 PID參數(shù)對(duì)控制性能的影響 簡(jiǎn)單的比例調(diào)節(jié)器能夠反應(yīng)很快，但不能完全消除靜差，控制不精確，為了消除比例調(diào)節(jié)器中殘存的靜差，在比例調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上加入積分調(diào)節(jié)器，積分器的輸出值大小取決于對(duì)誤差的累積結(jié)果，在誤差不變的情況下，積分器還在輸出直到誤差為零，因此加入積分調(diào)節(jié)器相當(dāng)于能自動(dòng)調(diào)節(jié)控制常量，消除靜差，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定?？筛鶕?jù)被控對(duì)象的狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整PID的三個(gè)控制參數(shù)的取值。依據(jù)以上分析，制定的Ki控制規(guī)則表如表25所列。得出Kp、Ki、Kd的模糊控制表如表2226所示。日的是把人工操作控制過程表達(dá)成計(jì)算機(jī)能夠接受，并便于計(jì)算的形式。(2)積分系數(shù)KI的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。k為采樣序號(hào)，k=0, …。本設(shè)計(jì)中要設(shè)計(jì)的模糊PID控制器就屬于復(fù)合性模糊控制器。自從1974年英國(guó)的馬丹尼()工程師首先根據(jù)模糊集合理論組成的模糊控制器用于蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)的控制以后，在其發(fā)展歷程的30多年中，模糊控制技術(shù)得到了廣泛而快速的發(fā)展。研究的主要目標(biāo)不僅僅是被控對(duì)象，同時(shí)也包含控制器本身。而模糊控制的魯棒性好，無需知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，且在快速性方面有著自己的優(yōu)勢(shì)。但模糊控制易受模糊規(guī)則有限等級(jí)的限制而引起穩(wěn)態(tài)誤差。 ，主要包括模糊集合理論、模糊邏輯、模糊推理和模糊控制等方面內(nèi)容。現(xiàn)在，模糊控制已廣泛地應(yīng)用于冶金與化工過程控制、工業(yè)自動(dòng)化、家用電器智能化、儀器儀表自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)及電子技術(shù)應(yīng)用等領(lǐng)域。模糊PID控制器是將模糊控制與經(jīng)典PID控制器結(jié)合起來，在線實(shí)時(shí)調(diào)整PID參數(shù)，獲得更好的控制效果。e(k)為第k次采樣時(shí)的偏差值。KI越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差消除越快，但KI過大，在響應(yīng)過程的初期會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過程的較大超調(diào)。模糊控制規(guī)則一般具有如下形式: If{ e = Ai and ec = Bi}then u= Ci ,i=1,2…,其中e,ec和u分別為誤差變化和控制量的語(yǔ)言變量，而Ai、Bi、Ci為其相應(yīng)論域上的語(yǔ)言值。①Kp控制規(guī)則設(shè)計(jì)在PID控制器中，Kp值的選取決定于系統(tǒng)的響應(yīng)速度。 ECKiENBNMNSOPSPMPBNBNBNBNMNMNSOONMNBNBNMNSNSOONSNBNMNSNSOPSPSONMNMNSOPSPMPMPSNMNSOPSPSPMPBPMOOPSNMPMPBPBPBOOPSPMPMPBPB表25 Ki模糊控制表③ Kd控制規(guī)則設(shè)計(jì) 微分環(huán)節(jié)的調(diào)整主要是針對(duì)大慣性過程引入的，微分環(huán)節(jié)系數(shù)的作用在于改變系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。根據(jù)系統(tǒng)在受控過程中對(duì)應(yīng)不同的E和Ec，將PID參數(shù)的整定原則歸納如下：①當(dāng)|E|較大時(shí)，說明誤差的絕對(duì)值較大，Kp應(yīng)取較大值，以提高響應(yīng)的快速性；而為防止|Ec|瞬時(shí)過大，Kd應(yīng)該取較小的值；同時(shí)為避免出現(xiàn)較大的超調(diào)，應(yīng)對(duì)積分作用加以限制，通常取Ki=0。積分器雖然能消除靜差，但使系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢。這種控制器輸出的變化與輸入控制器的偏差成比例關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（System with Steadystate Error）。通過加上一個(gè)負(fù)的平均誤差比例值，平均的系統(tǒng)誤差值就會(huì)總是減少。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。只有TD合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時(shí)間。 單片機(jī)的選擇微型計(jì)算機(jī)是指由微處理器加上采用大規(guī)模集成電路制成的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，以及輸入輸出設(shè)備相連接的I/O接口電路，微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱MC。 單片機(jī)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器是組成計(jì)算機(jī)的三大部件之一，其功能是存儲(chǔ)信息（數(shù)據(jù)和程序）。這種交疊不僅反映在存儲(chǔ)器的種類上，而且還體現(xiàn)在存儲(chǔ)器的地址空間上。模擬多路開關(guān)由8路模擬開關(guān)和3位地址鎖存譯碼器組成，可選通8路模擬輸入中的任何一路，地址鎖存信號(hào)ALE將3位地址信號(hào)ADDA、ADDB、ADDC進(jìn)行鎖存，然后由譯碼電路選通其中的一路，被選中的通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。圖37 按鍵示意圖 顯示模塊顯示模塊采用兩個(gè)7段共陰極數(shù)碼管，一個(gè)用來顯示實(shí)時(shí)溫度，一個(gè)用來顯示設(shè)定溫度。仿真圖如310所示。序號(hào)部件名稱所屬類數(shù)量1AT89C51Microprocessor ICs12A/D0808Data Converters137SEGMPX4CCOptoelectronics24BUTTONSwitchesamp。用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。根據(jù)課題要實(shí)現(xiàn)的功能及要求。YNNYYYYNYYN(2CH)送A (2CH)≠(2DH)?(2CH)(2DH)?(2CH)和(2DH)互換(2DH)≠(2EH)?(2DH)(2EH)?(2CH)≠(2EH)?(2EH)(2CH)?(2CH)送2AH返回(2EH)送2AH(2EH)送2AH(2DH) 送2AH(2DH) 送2AHN圖43 濾波子程序流程圖 顯示子程序流程圖實(shí)時(shí)溫度和設(shè)定溫度分別存在51H和50H中，顯示子程序?qū)⑦@兩個(gè)溫度轉(zhuǎn)換成BCD碼見其存在70H75H中，通過查表的方法將其轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的段碼，最后運(yùn)用動(dòng)態(tài)顯示的方法將其顯示出來。中斷到來關(guān)計(jì)數(shù)器T1清F0標(biāo)志位中斷返回圖47 T1中斷子程序流程圖第5章 模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)仿真在Matalable軟件仿真中設(shè)輸入（e、ec）的論域值均為（6,6），輸出（KP、KI、KD）的模糊論語(yǔ)為（3,3），取相應(yīng)論域上的語(yǔ)言值為負(fù)大(NB)、負(fù)中(NM)、負(fù)小(N S)、零(ZO)、正小(PS)、正中（PM）和正大（PB），而令所有輸入、輸出變量的隸屬度函數(shù)均為trinf如圖51，圖52所示。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。按鍵選擇子程序。將待顯示的數(shù)存在70H到75H中 MOV B,100 DIV AB 。百位在A MOV A,B MOV B,10 DIV AB MOV 75H,A 。取段碼表地址 MOVC A,A+DPTR 。放回R5內(nèi) AJMP PLAY 。1MS延時(shí)程序，LED顯示程序用DL1: MOV R7,19HDL2: DJNZ R7,DL2 DJNZ R6,DL1 RETDELAY10: MOV R6,20 。 R5R4+R3R2=R7R6 。雙子節(jié)求補(bǔ)程序?qū)3R2求補(bǔ)。125MS延時(shí)D1: MOV R5,255 DJNZ R5,$ DJNZ R6,D1 RETDELAY1S: MOV R7,8 。一次顯示結(jié)束，P2口復(fù)位 MOV P2,0FFH 。段碼放入P1口 MOV A,R5 LCALL D1MS 。個(gè)位在CDISP1: MOV R1,70H 。百位在A MOV A,B 。 。我還要感謝在一起愉快的度過畢業(yè)論文小組的同學(xué)們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。圖54 模糊自適應(yīng)PID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖55 模糊自適應(yīng)PID系統(tǒng)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖56 模糊自適應(yīng)PID系統(tǒng)仿真結(jié)果總 結(jié)本文主要借助單片機(jī)這一載體，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于單片機(jī)的模糊PID控制器。設(shè)定值的范圍是50150度，當(dāng)溫度超過這個(gè)范圍是時(shí)，按鍵將不起作用。 主程序流程圖主程序主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的初始化，并通過調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)將運(yùn)算結(jié)果與極限值進(jìn)行比較，從而確定跳轉(zhuǎn)方向，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的報(bào)警功能及運(yùn)算功能?？梢苑抡?1系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。圖311 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案圖其中：1．單片機(jī)采用的是MCS51系列的89C51，其集成了中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、程序存儲(chǔ)器ROM或EPROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制器及串型和并行I/O接口等部件。其仿真圖如圖38所示。另外ADC0809輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到CPU數(shù)據(jù)總線上。 基于單片機(jī)的模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)的控制回路本系統(tǒng)是采用以AT89C51單片機(jī)為核心的溫度控制系統(tǒng)，通過溫度傳感器采樣實(shí)時(shí)溫度，并通過變送器將溫度最終轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器0808將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入單片機(jī)與給定值進(jìn)行比較，通過運(yùn)用PID算法得出控制結(jié)果，送顯示并進(jìn)行控制。CPU在運(yùn)行時(shí)可對(duì)RAM隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的的寫入和讀出，但在關(guān)閉電源時(shí)，RAM中所存的信息也會(huì)丟失，所以RAM只能用來存放暫時(shí)性的輸入/輸出數(shù)據(jù)、運(yùn)算中的結(jié)果等。本次設(shè)計(jì)選用的是AT89C51