【正文】 的優(yōu)缺點(diǎn) ....................................................8 模糊控制方案 ..........................................................................9 模糊控制理論 ...............................................................9 模糊控制器設(shè)計(jì)步驟 ..................................................... 10 模糊控制器的優(yōu)缺點(diǎn) .................................................. 16 模糊自整定 P ID 方案 ............................................................ 17 模糊自整定 P ID 控制的原理 ...................................... 17 糊自整定 PID 控制器的設(shè)計(jì) ...................................... 18 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) ............................................................... 25 系統(tǒng)的總體框圖 ...................................................................... 25 單片機(jī)的選型 ......................................................................... 26 傳感器的選擇 ......................................................................... 27 溫度采集電路的設(shè)計(jì) .............................................................. 28 IV A/D 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) ............................................................... 29 鍵盤(pán)和顯示電路的設(shè)計(jì) ........................................................... 31 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì) ........................................................... 34 可控硅控制電路的設(shè)計(jì) ........................................................... 35 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) ...................................................................... 37 電源電路的設(shè)計(jì) .................................................................... 38 串口通信電路的設(shè)計(jì) ............................................................ 39 第 4 章 控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) ............................................................. 40 控制系統(tǒng)的仿真 .................................................................... 40 以及仿真環(huán)境 S imulink 簡(jiǎn)介 .................. 40 PID 控制系統(tǒng)的仿真 .................................................. 41 模糊自 整定 P ID 控制系統(tǒng)的仿真 ............................... 42 主程序的設(shè)計(jì) ....................................................................... 46 模糊自適應(yīng) PID 算法 ............................................................ 48 鍵盤(pán)和 LED 顯 示程序 ............................................................ 49 串口通信程序 ....................................................................... 52 結(jié) 論 .................................................................................................. 53 致 謝 .................................................................................................... 54 參考文獻(xiàn) .............................................................................................. 54 附錄 1 ................................................................................................... 56 附錄 2 ................................................................................................... 57 V contents Abstract .............................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 Fuzzy selftuning PID control principle ................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 Siliconcontrolled rectifier control circuit design.............. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。傳統(tǒng)控制方法是基于被控對(duì)象精確模型的控制方式，缺乏靈活性和應(yīng)變能力，適于解決線性、時(shí)不變等相對(duì)簡(jiǎn)單的控制問(wèn)題，而實(shí)際系統(tǒng)由于存在復(fù)雜性、非線性、時(shí)變性、不確定性等，無(wú)法獲得精確的數(shù)學(xué)模型。雖然起步較晚，但是發(fā)展比較迅速，在模糊控制，模糊集合論，模糊圖像處理，模糊模式識(shí)別等領(lǐng)域取得了不少有實(shí)際意義的成果。 1979 年英國(guó)的 業(yè)和 研究了自組織的模糊控制器，它在控制過(guò)程中不斷修改和調(diào)整控制規(guī)則，使控制系統(tǒng)的性能不斷完善。從信息技術(shù)的觀點(diǎn)來(lái)看 , 模糊控制是一種基于規(guī)則的專(zhuān)家系統(tǒng)。 5 第 2 章 控制理論 PID 控制方案 智能控制是指在無(wú)人干預(yù)的情況下能自主地驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的自動(dòng)控制技術(shù)。 PID 控制器是一種比例、積分、微分并聯(lián)控制器 。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： Kpe(t) （ 21） （ 2）積分（ I）控制 能使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無(wú)差度。在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。主要包括自整定 PID 控制、 Smith 預(yù)估控制、大林算法這幾種方法。若預(yù)估模型準(zhǔn)確，則能獲得較好的控制效果，從而消除純滯后對(duì)系統(tǒng)的不良影響，使系統(tǒng)調(diào)節(jié)與被控過(guò)程無(wú)純滯后時(shí)相同，如果預(yù)估模型不準(zhǔn)確，則效果不會(huì)理想。控制器適用于多種截然不同的對(duì)象，算法在結(jié)構(gòu)上具有較強(qiáng)的魯棒性。 在處理大時(shí)滯、開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定過(guò)程等難控對(duì)象時(shí)，需要通過(guò)多個(gè) PID 控制器或與其它控制器的組合，才能得到較好的控制效果。 模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心，一個(gè)模糊控制系統(tǒng)的性能優(yōu)劣主要取決于模糊控制器的結(jié)構(gòu)、所采用的模糊規(guī)則、合成推理算法，以及模糊決策的方法等因素 [5]。都是由控制規(guī)則決定的非線性函數(shù)關(guān)輸入 E 模糊控制器 輸出 U 圖 23 模糊控制器結(jié)構(gòu) 1 輸入 輸出 Δ U 模糊控制器 E 12 系。在模糊控制中，觀測(cè)到的數(shù)據(jù)常常是清晰量。 設(shè) e， ec 和 u 的實(shí)際變化范圍分別為 [e， e ] [ec ， ec]和 [u， u]，并設(shè) e， ec 和 u 的論域分別為 : {ni， ni+l，?， 0， 1，?， ni} ( i = 1 , 2 , 3 ) 則比例因子 k k2 和量化因子 k3 由以下幾個(gè)公式確定： k1 = n1em k2 = n2em k3 = n3em （ 26） 此處的功能是將比例變換后的連續(xù)值再經(jīng)四舍五入變?yōu)檎麛?shù)值。 每一個(gè)語(yǔ)言值本身就是一個(gè)模糊集合。將確定的隸屬函數(shù)曲線離散化 ，就得到了有限個(gè)點(diǎn)的隸屬度，便構(gòu)成了一個(gè)相應(yīng)的模糊變量的模糊子集。 在模糊推理系統(tǒng)中，模糊規(guī)則以模糊語(yǔ)言的形式描述人類(lèi)的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，規(guī)則是否正確地反映專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，是否反映對(duì)象的特性，直接決定模糊推理系統(tǒng)的性能。其中前提為具體應(yīng)用領(lǐng)域中的條件，結(jié)論為要采取的控制行動(dòng)。 5. 解模糊化 通過(guò)模糊推理得到的結(jié)果是一個(gè)模糊集合，但在實(shí)際系統(tǒng)中，必須要有一個(gè)確定的值才能去控制或者驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)解模糊化 將推論所得到的 16 模糊值轉(zhuǎn)換為明確 的控制訊號(hào)， 用于系統(tǒng)的輸入 。若 z0 的變化范圍為 [zmin, zmax]，實(shí)際控制量的變化范圍為 [umin, umax]，若采用線性變換則有： μ = umax+umin2 +k(z0 ? zmax+zmin2 ) （ 29） 其中 k 稱(chēng)為量化因子。若要提高精度則必然增加量化級(jí)數(shù)，從而導(dǎo)致規(guī)則搜索范圍擴(kuò)大，降低決策速度，甚至不能實(shí)時(shí)控制； 模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性即如何解決模糊控制中關(guān)于穩(wěn)定性和魯棒性問(wèn)題比較困難。 參數(shù)模糊自調(diào)整 PID 制器就是找出在不同時(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)模糊控制原理來(lái)對(duì)三個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線修改，以滿(mǎn)足不同的 e 和 ec 對(duì)控制參數(shù)的不同的要求，而使被控對(duì)象有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能。但 DK 過(guò) 21 大，會(huì)使響應(yīng)過(guò)程提前制動(dòng)，從而延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間 ，而且會(huì)降低系統(tǒng)的抗干擾性能。 模糊推理是不確定性推理方法的一種，其基礎(chǔ)是模糊邏輯，推理方法 Mamdani 方法和 Sugeno 方法等，采用 Mamdani 方法推理方法進(jìn)行推理（極大極小值法 )。由于溫度變化比較緩慢，利用多路開(kāi)關(guān)元件分別選通 4 路電壓信號(hào)放大后通過(guò) ADC0809 轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)化 成為 8 位數(shù)字信號(hào) ，轉(zhuǎn)化后的信號(hào)送單片機(jī)處理， 將 其中控制信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較， 進(jìn)行模糊推理并整定 PID 控制器參數(shù)，最后輸出值經(jīng)單片機(jī)I/O 口驅(qū)動(dòng)光耦， 來(lái) 調(diào)節(jié)三相電源，控制加熱部件 ， 同時(shí)，鍵盤(pán)部分可以進(jìn)行輸入設(shè)定值， LED 顯示器可以顯示當(dāng)前平均溫度。為了保證工程技術(shù)中的可靠性，以及足夠的測(cè)量精度，并不是所有材料都能組成熱電偶，一般對(duì)熱電偶的電極材料，基本要求是：（ 1）、在測(cè)溫范圍內(nèi)，熱電性質(zhì)穩(wěn)定，不隨時(shí)間而變化，有足夠的物理化學(xué)穩(wěn)定性，不易氧化或腐蝕；（ 2）、 電阻溫度系數(shù)小，導(dǎo)電率高，比熱??；（ 3）、測(cè)溫中產(chǎn)生熱電勢(shì)要大，并且熱電勢(shì)與溫度之間呈線性或接近線性的單值函數(shù)關(guān)系；（ 4）、材料復(fù)制性好，機(jī)械強(qiáng)度高，制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。溫度采集輸入電路如圖 34 所示 ： 34 溫度采集 電路 在信號(hào)采集輸入電路中，要用到的必要部件除了熱電偶之外，還有以下XTR105Vlin12IR11IR214VReg11V+10Vin+13RG4RG3Vin2IRet6I07B9E8XTR105402RG137RZ1KRcm5KRlin1熱電偶GND12V1uFGNDQ11N4006+12V1uFI0(420mA)IN+3CT2+V16REF FB10REF O11REF IN1215RCV O14V4REFGND513RCV 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