【正文】 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）。積分器雖然能消除靜差，但使系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢。 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(guò)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。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。e(k)為第k次采樣時(shí)的偏差值。現(xiàn)在，模糊控制已廣泛地應(yīng)用于冶金與化工過(guò)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。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。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。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。(2)積分系數(shù)KI的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。得出Kp、Ki、Kd的模糊控制表如表2226所示?？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。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。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(lái)回變化，因?yàn)橄到y(tǒng)無(wú)法消除多余的糾正。TD偏小時(shí)，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時(shí)間也較長(zhǎng)。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。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(kāi)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。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。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。濾波子程序流程圖如圖43所示。參考文獻(xiàn)[1] 陶永華,尹怡欣,[M].北 京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998 [2] [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版 社,2006 [3] 張化光,何希勤, [M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2002[4] [M]., 于海勛,:電子工業(yè)出版社,2000[5] 劉明俊,于明祁,[M].長(zhǎng)沙:國(guó)防 科技大學(xué)出版社,2006 [6] 王一帆, LAB仿真[J].冶金自動(dòng)化,2007(增刊)[7] [M].北京:清華大學(xué)出 版社,2000,11[8] 劉曙光，魏俊明，竺志超. 模糊控制技術(shù)[M]. 北京: 紡織工業(yè)出版社，2001,5680 [9] 黃崇福. 模糊理論與工程系列叢書(shū)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(shū)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。DISPLAY: MOV A,A1 。取顯示數(shù)據(jù)到A MOV DPTR,TAB 。D1MS: MOV R6,14H 。CPL1: MOV A,R2 CPL A ADD A,01H MOV R2,A MOV A,R3 CPL A ADDC A,00H MOV R3,A RET。P3口復(fù)位 RET 。指向顯示數(shù)據(jù)首址 MOV R5,0FEH 。上面這一段是+1度按鍵,按下+1度。本文開(kāi)始介紹了PID控制、模糊控制產(chǎn)生的背景，并對(duì)單片機(jī)和模糊PID控制算法結(jié)合的可行性進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)出一種解決上述問(wèn)題的新型的模糊PID控制器。主程序流程圖如圖41所示。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。圖38 顯示示意圖 報(bào)警模塊當(dāng)實(shí)時(shí)溫度高于或低于設(shè)定溫度5度以上時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警，報(bào)警指示燈紅燈亮?？傮w設(shè)計(jì)方案見(jiàn)如圖34所示。其結(jié)構(gòu)體系完整、指令系統(tǒng)功能完善、內(nèi)部寄存器規(guī)范、性能優(yōu)越、技術(shù)成熟、具有高可靠性和高性價(jià)比。導(dǎo)數(shù)的結(jié)果越大，那么控制系統(tǒng)就對(duì)輸出結(jié)果做出更快速的反應(yīng)。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。 比例（P）控制 比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。Kd值過(guò)大，調(diào)節(jié)過(guò)程制動(dòng)就會(huì)超前，致使調(diào)節(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；Kd值過(guò)小，調(diào)節(jié)過(guò)程制動(dòng)就會(huì)落后，從而導(dǎo)致超調(diào)增加。自適應(yīng)模糊PID控制器是在PID算法的基礎(chǔ)上，以誤差e和誤差變ec作為輸入，利用模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理，查詢模糊矩陣表進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，來(lái)滿足不同時(shí)刻的e和ec對(duì)PID參數(shù)自整定的要求。 離散PID控制算法有如下3類:位置算法、增量算法和速度算法。我國(guó)對(duì)模糊控制器開(kāi)始研究是在1979年，并且已經(jīng)在模糊控制器的定義、性能、算法、魯棒性、電路實(shí)現(xiàn)方法、穩(wěn)定性、規(guī)則自調(diào)整等方面取得了大量的成果。關(guān)鍵字：電阻爐 單片機(jī) 自適應(yīng)PID Design of fuzzy adaptive PID controllerAbstract: Microcontroller as the main body, the design of a plex data and control functions of the electric heating furnace temperature control system. The system has functions of automatic detection, realtime data acquisition, processing and control results show etc.. Software adopts fuzzy control algorithm. Combines the fuzzy control speed of and maintain a smaller overshoot advantages and PID control method mature, can eliminate the steadystate error.The proportional integral derivative (PID) controller is Control of Proportion Integration Differentiation. It performance depends on the situation that parameters sets, those control systems whose object model plex and uncertain accurate have great limitations, and its relationship between rapidity and overshoot make it impossible to meet regulating time and short overshoot technical requirements. The robust of the fuzzy control is effective, without knowledge of the controlled object39。s mathematical model, and the rapidity has its own advantage. But the fuzzy control has fuzzy rules limited level, it can cause steadystate error. This means single PID control or single Fuzzy Control has its own deficiencies, therefore analysis their advantages and disadvantages, consider bine them and formed fuzzy PID Control, Realize plementary strengths. Addition, consider bine the fuzzy PID control and MCU which is new and whose performance is better.Keywords: Resistance furnace, Single chip microputer, Adaptive PID1模糊自適應(yīng)PID控制器的設(shè)計(jì)第1章 緒論 課題的研究背景及意義現(xiàn)代控制系統(tǒng)，規(guī)模越來(lái)越大，系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，用傳統(tǒng)的控制理論方法已不能滿足控制的要求。著名科學(xué)家錢學(xué)森指出，模糊數(shù)學(xué)理論及其應(yīng)用，關(guān)系到我國(guó)二十一世紀(jì)的國(guó)力和命運(yùn) 本研究課題研究?jī)?nèi)容和方法 研究?jī)?nèi)容1．以單片機(jī)為核心，建立自動(dòng)控制系統(tǒng)，構(gòu)建按鍵、采樣、顯示以及輸出等外圍電路，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的搭建，建立電加熱爐系統(tǒng)的仿真圖；2．畫(huà)出軟件流程圖，根據(jù)流程圖編寫程序，并對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，使其符合系統(tǒng)的具體要求；3．將所編寫的程序下載到單片機(jī)中去，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體調(diào)試，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整個(gè)功能，設(shè)計(jì)出符合實(shí)際要求的系統(tǒng)。增量算法為相鄰量詞采樣時(shí)刻所計(jì)算的位置之差，即式中：從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等方面來(lái)考慮，KP、KI、KD對(duì)系統(tǒng)的 作用如下。利用模糊規(guī)則在線對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行修改，便構(gòu)成了自適應(yīng)模糊PID控制器，其結(jié)構(gòu)框圖如圖23所示圖23 自適應(yīng)模糊PID控制器結(jié)構(gòu)框圖PID糊自整定是找出PID參數(shù)(KP、KI、KD）與e和ec之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行中通過(guò)不斷檢測(cè)e和ec，根據(jù)模糊控制原理對(duì)3個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線修改，以滿足不同e和ec對(duì)控制參數(shù)的不同要求，從而使對(duì)象具有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能，模糊控制的核心是總結(jié)工程設(shè)計(jì)人員的技術(shù)和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，建立合適的模糊規(guī)則表，得到針對(duì)3個(gè)參數(shù)KP 、KI、KD,分別整定的模糊規(guī)則表。根據(jù)實(shí)際過(guò)程經(jīng)驗(yàn)，在調(diào)節(jié)初期，應(yīng)加大微分作用，這樣可得到較小甚至避免超調(diào)；而在中期，由于調(diào)節(jié)特性對(duì)Kd值的變化比較敏感，因此，Kd值應(yīng)適當(dāng)小一些并應(yīng)保持固定不變；然后在調(diào)節(jié)后期，Kd值應(yīng)減小，以減小被控過(guò)程的制動(dòng)作用，進(jìn)而補(bǔ)償在調(diào)節(jié)過(guò)程初期由于Kd值較大所造成的調(diào)節(jié)過(guò)程的時(shí)間延長(zhǎng)。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。這個(gè)D參數(shù)也是PID被稱為可預(yù)測(cè)的控制器的原因。它提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路?？撮T狗報(bào)警提醒通信接口LED顯示鍵盤微型控制機(jī)AT89S51溫度檢測(cè)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)8路D/A轉(zhuǎn)換器測(cè)量變送 8路A/D轉(zhuǎn)換器加熱電阻溫度圖34 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 功能模塊 單片機(jī)控制模塊