【正文】 126148168182198利用 。 Mamdani 型模糊控制器的各個變量的隸屬函數(shù)圖?？梢娸斎胱兞縠和ec的模糊子集均為｛NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB｝，論域均為｛3,2,1,0,1,2,3｝，輸出變量和的模糊子集均為｛Z, S, M, B｝,論域均為｛0,1,2,3｝。 工作小結通過理論研究和項目的實際開發(fā)感觸頗深：(1) 智能控制是對自動控制理論和技術發(fā)展到一個新階段的概括，它并不排斥傳統(tǒng)控制理論，而是對其繼承和發(fā)揚。實驗調(diào)試工作有必要以后繼續(xù)進行。而且這種方法的抗干擾能力也很強，同時對一階慣性滯后環(huán)節(jié)的適應能力很強，由于一般溫控對象的數(shù)學模型可用一階慣性滯后環(huán)節(jié)來描述，因而這一控制方法對溫控場合的適用性很強。2．模糊控制算法采用模糊控制的基本原理與設計方法進行仿真，指出了其存在的幾個主要問題：自適應性弱，穩(wěn)態(tài)精度低，易發(fā)生“規(guī)則爆炸”。本論文采用參數(shù)模糊自整定PID控制，具體說用的是模糊整定PI控制。and操作為最小法min，or操作為最大法max，模糊蘊涵（implication）為最小法min，合成（Aggregation）為最大值法max，反模糊用的是重心法centroid。因而一般可用一階慣性滯后環(huán)節(jié)來描述溫控對象的數(shù)學模型[[] 覃強. 模糊PTD溫度控制方案的仿真優(yōu)選及其實現(xiàn)[D]：[碩士學位論文]. 北京：中國科學院電工研究所．2002．]。Mamdani方法的優(yōu)勢在于[16]：(1) 過程直觀。其中一個是MATLAB 的模糊控制工具箱（Fuzzy Logic Toolbox）。常用的是模糊控制和 PI 控制兩種控制模式相結合的控制方法稱之為FuzzyPI雙?？刂啤Ｄ：刂圃趯嵺`應用中，具有許多傳統(tǒng)控制無法與之比擬的優(yōu)點，其中主要是：(1) 使用語言方法，可不需要掌握過程的精確數(shù)學模型。微分部分的作用強弱由微分時間決定。大多數(shù)反饋控制用該方法或其較小的變形來控制。 蜂鳴報警電路原理圖 (3) 暫穩(wěn)態(tài)的維持時間：在暫穩(wěn)態(tài)期間，電路中有一個定時電容C充電的漸變過程，充電回路是Vcc→R→C→地，時間常數(shù)τ1=RC。由于本系統(tǒng)對節(jié)能要求不高，所以選用LED數(shù)碼管顯示器。1．按鍵電路鍵盤是由若干個按鍵組成的開關矩陣，它是單片機最簡單的信息輸入裝置，操作員通過鍵盤向單片機系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)或命令，實現(xiàn)簡單的人機通信。在本系統(tǒng)中采用了通斷控制方式。SCK為時鐘輸入端。為此，必須采取一些相應的措施進行補償或修正，常用的方法有一下幾種：(1) 冷端恒溫法(2) 導線補償法(3) 電橋補償法(4) 計算修正法(5) 顯示儀表零位調(diào)整法在本設計中采用導線補償法和電橋補償法相結合的方式。 溫控系統(tǒng)的結構及設計整個系統(tǒng)的硬件組成相對簡單，但較小的硬件需要相對復雜的軟件進行補償。(2) 安全性和可靠性。尤其是美國 Intel 公司生產(chǎn)的 MCS51 系列單片機，由于其具有集成度高、處理功能強、可靠性高、系統(tǒng)結構簡單、價格低廉、易于使用等特點，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、辦公室自動化、家用電器等諸多領域得到廣泛的應用。它將生物進化過程中適者生存規(guī)則與群體內(nèi)部染色體的隨機信息交換機制相結合，通過正確的編碼機制和適應度函數(shù)的選擇來操作稱為染色體的二進制串l或0。同傳統(tǒng)的 PID 控制比較，模糊控制響應快、超調(diào)量小、對參數(shù)變化不敏感。1．神經(jīng)網(wǎng)絡控制人工神經(jīng)網(wǎng)絡是當前主要的、也是重要的一種人工智能技術，它采用數(shù)學模型的方法模擬生物神經(jīng)細胞結構及對信息的記憶和處理而構成的信息處理方法。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了高效地進行生產(chǎn)，必須對生產(chǎn)工藝過程中的主要參數(shù)，如溫度、壓力、流量、速度等進行有效的控制，其中溫度控制在生產(chǎn)過程中占有相當大的比例。由于大量的控制系統(tǒng)的任務較專業(yè)化，并且執(zhí)行的是直接數(shù)字控制任務，故基本采用單片機。模糊控制對溫度控制的實現(xiàn)一般分如下幾步：(1) 將溫控對象的偏差和偏差變化率以及輸出量劃分為不同的模糊值，建立規(guī)則，例如，IF溫度太高 OR 溫度正在上升， THEN 減少控制量．將這些模糊規(guī)則寫成模糊條件語句，形成模糊模型。自適應模糊控制提供了一種新的有效途徑，利用神經(jīng)網(wǎng)絡的學習能力來修正偏差和偏差變化的比例系數(shù)，達到優(yōu)化模糊控制器作用，從而進一步改進實時控制效果，以便應用于溫度過程控制中，其優(yōu)點動態(tài)響應快，能達到高精度的快速控制，具有極強的魯棒性和適應能力?？傊瑢崿F(xiàn)溫控系統(tǒng)的參數(shù)自調(diào)整，將線控制與非線性相結合，使溫度能滿足用戶的需要是溫控系統(tǒng)的最終目的。1．硬件設計的基本原則(1) 良好的性價比。對于重要的參數(shù)要定時存儲，以防止因掉電而丟失數(shù)據(jù)。3．冷端補償電路在實際應用中，熱電偶的冷端通?？拷粶y對象，且受到周圍環(huán)境溫度的影響，其溫度不是恒定不變的。用K型熱電偶對溫度進行采集，經(jīng) MAX6675 送單片機 AT89C52 。這種方法在工作過程中會產(chǎn)生高次諧波，功率因素也較低。這種人機接口的典型裝置是一個操作顯示臺或操作顯示面板。即在單片機獲得口線為低的信息后，不是立即認定S已經(jīng)被按下，而是延時10~20 ms時間后再次檢查口線輸入，如果仍為低，說明S鍵的確按下，避開了按鍵按下的抖動時間。電路的工作原理：(1) 沒有觸發(fā)信號時電路工作在穩(wěn)態(tài)：無觸發(fā)信號即為高電平時，電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)——Q=0，為低電平，TD飽和導通。15PID溫控系統(tǒng)的設計和仿真 第三章 系統(tǒng)控制方案第三章 系統(tǒng)控制方案 PID 控制 PID的概述PID的發(fā)展過程，很大程度上是它的參數(shù)整定方法和參數(shù)自適應方法的研究過程。當較小時，則積分作用較強。隨著科學技術的迅速發(fā)展，各個領域對自動控制系統(tǒng)控制精度、響應速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性與適應能力的要求越來越高，所研究的系統(tǒng)也日益復雜多變。故把 PI(PID)控制策略引入模糊控制器，構成 FuzzyPI(或 PID)復合控制，使動靜態(tài)性能都得到很好的改善，即達到動態(tài)響應快，超調(diào)小、穩(wěn)態(tài)誤差小。而把 PI(PID)控制策略引入模糊控制器，構成 FuzzyPI(或 PID)復合控制，可以使系統(tǒng)動靜態(tài)性能都得到很好的改善，即達到動態(tài)響應快，超調(diào)小、穩(wěn)態(tài)誤差小。MATLAB中的模糊邏輯工具箱支持兩種模糊模型的建立，一種是Mamdani型，另一種是Sugeno型。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，控制對象各種各樣。比較常用的有 Mamdani 型?？梢娦阅苤笜藶椋赫{(diào)節(jié)時間ts =200s，超調(diào)量σ%幾乎為零，可穩(wěn)態(tài)誤差很大，約為 10℃。小 結經(jīng)過以上的對PID控制、模糊控制和參數(shù)模糊自整定PID控制三種控制方案的仿真研究和分析，明顯看出，PID控制響應曲線超調(diào)量較大，純模糊控制的穩(wěn)態(tài)誤差大，而參數(shù)模糊自整定 PID 控制策略可實現(xiàn)調(diào)節(jié)時間短、超調(diào)量為零、穩(wěn)態(tài)誤差為零以及強的抗干擾能力等非常理想的性能指標。(2) 傳統(tǒng)控制理論、現(xiàn)代控制理論與智能控制技術(模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法等)相融合集成的研究，從功能上組成互補系統(tǒng)和利用一種智能技術來改進另一種智能技術的研究，將是今后控制理論研究的一個重要發(fā)展方向。還要特別感謝我的父母，感謝他們多年來對我的養(yǎng)育之恩，感謝他們始終如一地尊重并支持我的選擇。 存在的問題及未來的方向1．下一步的工作本論文將智能模糊控制方法引入電烤箱的控制中，在模擬仿真中得到滿意的效果。同樣控制規(guī)則是在Rule Editor窗口輸入的，這里的形式為if e～and ec～，then ～，～（～表示各變量所分成的模糊值）。這里e的量化因子= n/xe。1. PID 控制 Simulink 中創(chuàng)建的用PID算法控制電烤箱溫度的結構圖。 仿真和優(yōu)選仿真過程是在 MATLAB 的 simulink 環(huán)境中完成的。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。其實現(xiàn)思想是先找出PID各個參數(shù)與偏差e和偏差變化率ec之間的模糊關系，在運行中通過不斷檢測e和ec，在根據(jù)模糊控制原理來對各個參數(shù)進行在線修改，以滿足在不同e和ec時對控制參數(shù)的不同要求，使控制對象具有良好的動、靜態(tài)性能，且計算量小，易于用單片機實現(xiàn)。模糊控制器的控制規(guī)律由計算機的程序實現(xiàn)。當采樣周期相當短時，用求和代替積分，用差商代替微商，使 PID 算法離散化，將描述連續(xù)時間 PID算法的微分方程，變?yōu)槊枋鲭x散時間 PID 算法的差分方程，即為數(shù)字PID 位置型控制算式，如下式（）： （）式中：為k采樣周期時的輸出為k采樣周期時的偏差為采樣周期 即有 （）其中、分別為比例、積分、微分系數(shù)。(2)積分部分積分部分數(shù)學表達式為： （）從積分部分的數(shù)學表達式可以知道，只要存在偏差，則它的控制作用就會不斷地積累，輸出控制量以消除偏差。因此前向通道必須高精確度。(2) 數(shù)碼管動態(tài)顯示接口電路，數(shù)碼管動態(tài)顯示接口電路是把所有的8個筆畫段的同名端連在一起，而每個顯示器的公共極COM是各自獨立地接受I\O線控制。（b）為中斷方式的獨立式鍵盤電路。該電路采用過零觸發(fā)技術，具有電壓過零時開啟，負載電流過零時關斷的特性，在負載上可以得到一個完整的正弦波形，因此電路的射頻干擾很小。 E2PROM24C02 用于存儲控制參數(shù),以免掉電丟失。根據(jù) A/D 轉換器實現(xiàn) A/D 轉換的原理不同，可以分為雙積分型、逐次逼近型、電壓頻率型等。1．常用形式采用性能較好的熱電偶測溫裝置，采用查表法處理熱電偶電勢與溫度值間的非線性。2．軟件設計的基本原則(1) 結構合理。如產(chǎn)品的應用場合、面向的客戶類型等。該系統(tǒng)能使溫度隨外界干擾條件的變化，實時的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡和控制規(guī)律，具有良好的溫度跟蹤性能和抗干擾能力。主要的問題是合理地獲得 PID 參數(shù)的模糊校正規(guī)則，其實質是一種以模糊規(guī)則調(diào)節(jié) PID 參數(shù)的自適應控制，即在一般 PID 控制系統(tǒng)基礎上，加上一個模糊控制規(guī)則環(huán)節(jié)。 MNN (Memory neuron network)在每個網(wǎng)絡節(jié)點增加了記憶神經(jīng)元，在學習動態(tài)非線性系統(tǒng)時，不需知道實際系統(tǒng)太多的結構知識，當系統(tǒng)滯后比較大時也不會造成網(wǎng)絡龐大難以訓練。另一方面也是基于控制實驗室建設的需求，將其用于對實驗電烤箱溫度進行控制，達到調(diào)節(jié)時間短、超調(diào)量為零且穩(wěn)態(tài)誤差較小的技術要求。在關于溫度控制的絕大部分文獻資料中，控制結果都是有超調(diào)的，而且很多時候超調(diào)量較大，本論文是基于這一特點，研究一種控制方案，將其用于大部分溫控場合，都能達到零超調(diào)，且調(diào)節(jié)時間快，穩(wěn)態(tài)誤差也非常小的理想效果。在溫控系統(tǒng)中，將對溫度影響的因素如氣溫、外加電壓、被加熱物體性質以及被加熱物體溫度等作為網(wǎng)絡的輸入，將其輸出作為PID控制器的參數(shù)，以實驗數(shù)據(jù)作為樣本，在微機上反復迭代，自我完善與修正，直至系統(tǒng)收斂，得到網(wǎng)絡權值，達到自整定 PID 控制器參數(shù)的目的。即用過程的運行狀態(tài)(溫度偏差及溫度變化率)確定 PID 控制器參數(shù)，用PID控制算法確定控制作用。神經(jīng)網(wǎng)絡應用廣泛的BP網(wǎng)絡，由于其收斂慢和存在局部最小點，因此將遺傳算法和BP算法結合得到的遺傳 BP (GA BP)算法作為網(wǎng)絡預估器的學習算法。在進行系統(tǒng)設計之前，必須對要解決的問題進行調(diào)查研究、分析論證。例如強電與弱電之間的隔離措施，對電磁干擾的屏蔽，正確接地、高輸人阻抗下的防止漏電等。因此前向通道必須