【正文】 ............................................................ 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。 This paper the research content.............................................................................3 Chapter 2 Control theory ..............................................................................................4 PID control scheme ............................................................................................4 The basic concept of PID control .............................................................4 PID controller advantages and disadvantages .........................................8 The fuzzy control scheme ..................................................................................9 Fuzzy control theory .................................................................................9 Fuzzy controller design steps ................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。但在烘干爐控制系統(tǒng)中 , 由于電熱絲的功率、 通風(fēng)管氣流之間存在非線性和不確定的關(guān)系 , 再加上外界干擾 ,很容易使系統(tǒng)失去精確控制。例如，熊秋思等人的氣煉機(jī)模糊符合控制系統(tǒng)；劉浪舟等人的玻璃窯模糊控制系統(tǒng)；于旭亮的化工過(guò)程大滯后系統(tǒng)的模糊控制研究等等。本文所做的工作是： ，即 PID 控制，模糊控制，模糊自適應(yīng) PID 三種方案的理論響應(yīng)速度，超調(diào)量，穩(wěn)態(tài)誤差等技術(shù)要點(diǎn)。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過(guò)強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。 （ 2） PID 參數(shù)較易整定。因此便嘗試著以模糊數(shù)學(xué)來(lái)處理這些控制問(wèn)題。都是由控制規(guī)則決定的非線性函數(shù)關(guān)系。有兩種轉(zhuǎn)換方法：一種是在論域上己定義的模糊子集中，找到該點(diǎn)對(duì)應(yīng)最大隸屬度的模糊子集，作為此點(diǎn)的模糊量，即合適的語(yǔ)言值；第二種是進(jìn)行單點(diǎn)模糊，該點(diǎn)處它的隸屬度為 1，其余為 0，選擇此模糊集。因此，在選擇模糊變量的模糊集的隸屬函數(shù)時(shí)，一般在誤差較大時(shí)采用較低分辨率的模糊集，在誤差較小的區(qū)域采用較高分辨率的模糊集，當(dāng)誤差接近零時(shí)，采用高分辨率的模糊集。對(duì)于其中一條規(guī)則 Ri：如果 x 是 Ai and y 是 Bi，則 z 是 Ci 其模糊蘊(yùn)含關(guān)系定義為 : μRi = μ(Ai and Bi→Ci)(x,y,z) = [μAi(x)andμBi(y)]→ μCi(Z) （ 27） 其中， “ Ai and Bi”是定義在 X Y 上的模糊集合 Ai Bi ， Aiand Bi → C 是定義在 X Y Z 上的模糊蘊(yùn)含關(guān)系。 ，干擾和參數(shù)變化對(duì)控制效果的影響被大大減弱，尤其適合于非線性、時(shí)變及純滯后系統(tǒng)的控制。 IK 越大，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快，但 IK 過(guò)大，在響應(yīng)過(guò)程的初期會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過(guò)程的較大超調(diào)。 將計(jì)算出 模糊控制表裝入單片機(jī)控制系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中，根據(jù)誤差 E 與誤差變化率 EC 查找表中相應(yīng)的值 {Ei,ECi}， 由此表可以計(jì)算出 PID 需要的三種控 制參數(shù)的值， 求值公式如下： KP = Kp +*Ei,ECi+p (212) KD = Kd +*Ei,ECi+d (213) KI = Ki +*Ei,ECi+i (214) U(k) = KPE(k)+KI ∑ E(j)kj=0 + KD,E(k)? E(k ?1) (215) 其中， ?KP， ?KI， ?KD是整定參數(shù)后需要輸出的 PID 控制器控制參數(shù)，而 ?Kp， ?Ki， ?Kd是三個(gè)參數(shù)分別給定的初值，是常量。 T 型熱電偶的正極銅在高溫下抗氧化性能差，故使用溫度上限 有一定的限制 。 圖 32 AT89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng) 10uFC4S1RST10KR14GND12Y16MHZ22pFC122pFC3GND+5(T2)1(T2EX)2345678(INT0)12(INT1)131415EA/VPP31XTAL018XTAL119RESET9(WR)16(RD)1739383736353433322122232425262728VSS20VCC40(RXD)10(TXD)11ALE(PROG)30PSEN29AT89C52GND+5 27 傳感器的選擇 熱電偶是溫度測(cè)量?jī)x表中常用的測(cè)溫元件，是由兩種不同成分的導(dǎo)體兩端接合成回路時(shí)，當(dāng)兩接合點(diǎn) 熱電偶溫度不同時(shí)，就會(huì)在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流。 (2) 當(dāng) e 和 ec 處于中等大小時(shí)，為了使系統(tǒng)響應(yīng)具有較小的超調(diào)， PK 應(yīng)取小一些， IK 取值適當(dāng)， DK 的取值對(duì)系統(tǒng)影響較大，取值要大小適中，以保證系統(tǒng)的響應(yīng)速度。 PID 參數(shù)模糊自整定是找出 PID 三個(gè)參數(shù)和偏差 e 和偏差變化率 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)模糊控制原理來(lái)對(duì) 3 個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線修改，以滿足不同 e 和 ec 時(shí)對(duì)控制參數(shù)的不同要求，從而使被控對(duì)象具有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能。主要有三種方法 : a 最大隸屬度法：選取模糊子集中隸屬度最大的元素作為控制輸出量，若有多個(gè)這樣的點(diǎn)，則取平均值 [12]。 15 正如前面所說(shuō)，模糊控制是模仿人的一種控制方法。選擇較多的詞匯來(lái)描述輸入輸出變量，即模糊分割數(shù)越多，可以使制定控制規(guī)則方便和控制更為精確，但 14 控制規(guī)則相應(yīng)變得復(fù)雜，加大了模糊控制規(guī)則的設(shè)計(jì)難度。模糊化的具體過(guò)程如下 ： （ 1）首先對(duì)這些輸入量進(jìn)行處理，使其變成模糊控制器要求的輸入量。其中 E、EC、 U 統(tǒng)稱為模糊變量。閉環(huán)工作時(shí)，要求在過(guò)程中插入一個(gè)測(cè)試信號(hào)。這個(gè)控制器把收集到的數(shù)據(jù)和一個(gè)參考值進(jìn)行比較，然后把這個(gè)差別用于計(jì)算新的輸入值，這個(gè)新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達(dá)到或者保持在參考值。反之 Ti 增大則積分作用變?nèi)?。常?guī)控制往往包含在智能控制之中 ,智能控制也利用常規(guī)控制的方法來(lái)解決“低級(jí)”的控制問(wèn)題。據(jù)日本電氣公司 （ NEC） 1991 年 9 月統(tǒng)計(jì)，松下、三菱、東芝等公司在空調(diào)機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)、吸塵器等高檔家電中普遍應(yīng)用了模糊控制 3 技術(shù)ｍ。 所以，對(duì)于此類(lèi)復(fù)雜性比較大的控制系統(tǒng)，需要采用智能控制系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行控制。 The whole system diagram.................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 基于 Fuzzy PID的 烘干爐溫度控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 學(xué)生專業(yè) ：自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 導(dǎo)師姓名： 摘 要 傳統(tǒng)的烘干爐溫度控制系統(tǒng)在 烘干過(guò)程中，烘干爐溫度保持恒溫，并不利于產(chǎn)品整體的烘干，而為了達(dá)到更好的效果，其溫度應(yīng)由低到高逐漸升高，以利于溶劑的充分揮發(fā)。 Chapter 3 System hardware circuit design ........................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。傳統(tǒng)的控制任務(wù)要求低，對(duì)復(fù)雜的控制任務(wù)難以適應(yīng)。 此外，日本在模糊控制應(yīng)用方面走在了世界的前列，日本有專門(mén)的模糊控制研究所。 智能控制與傳統(tǒng)的或常規(guī)的控制有密切的關(guān)系 ,不是相互排斥的。積分作用的強(qiáng)弱取決與積分時(shí)間常數(shù) Ti， Ti 越小，積分作用就越強(qiáng)。 PID 控制器是一個(gè)在工業(yè)控制應(yīng)用中常見(jiàn)的反饋回路部件，而且具有算法簡(jiǎn)單、魯棒性好和可靠性高等特點(diǎn)。 PID 控制器也有其局限性，具體表現(xiàn)如下： （ 1）若 PID 控制器自整定參數(shù)是 以模型為基礎(chǔ) 的 ，為了 PID 參數(shù)的重新整定在線尋找和保持好過(guò)程模型是較難的。 在一般控制問(wèn)題上，輸入變量有輸出誤差 E 與輸出誤差的 變化率 EC，而 輸出 變量則為 U。將輸入的精確變量轉(zhuǎn)化成模糊化量，并用相應(yīng)的模糊集合來(lái)表示。如對(duì)于二維單輸出模糊控制器，誤差及誤差微分分割數(shù)分別為 7 和 7，則最大可能的模糊規(guī)則為 7*7=49 條。 模糊控制規(guī)則的建立主要有四種方法 [10]:基于專家經(jīng)驗(yàn)和控制工程知識(shí)、基于操作人員的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，基于過(guò)程的模糊模型，基于學(xué)習(xí)系統(tǒng)。 （ 1）解模糊是將模糊量轉(zhuǎn)換成清晰量的過(guò)程。 糊自整定 PID控制器的 設(shè)計(jì) 模糊自整定 PID 結(jié)構(gòu) 框圖 如圖 25 所示 ： 模糊控制由常規(guī) PID 控制部分和模糊推理兩部分組成，模糊推理部分是一個(gè)模糊控制器，只不過(guò)它的輸入是偏差 e 和偏差變化率 ec，輸出是 ?Kp， ?Ki , ?Kd。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)較大的超調(diào)，產(chǎn)生積分飽和，應(yīng)對(duì)積分作用加以限制，通常取 IK =0，去掉積分作用。 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(xiě)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(xiě) (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(pán)， 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