【文章內(nèi)容簡介】 控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應用 PID 控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象 ﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術。 PID 控制，實際中也有 PI和 PD 控制。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。 1）比例（ P）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（ Steadystate error）。 信息與電子工程系畢業(yè)設計（開題報告） 6 2）積分（ I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這 個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（ System with Steadystate Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例 +積分 (PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 3）微分（ D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。 自動控制系統(tǒng)在克 服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后 (delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，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，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的 被控對象，比例 +微分 (PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。 信息與電子工程系畢業(yè)設計（開題報告） 7 三．本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解決的思路 本課題需要重點研究的、關鍵的問題是模糊控制器的基本原理及特點 和 單片機溫度控制系統(tǒng)組成： 模糊控制器的基本原理 模糊控制是以模糊集合論，模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎的計算機智能控制，其基本概念是由美國加利福尼亞大學著名教授查德 ()首先提出的，經(jīng)過近年的發(fā)展，模糊控制在模糊控制理論和應用研究方面均取得重大成功。 模糊控制的基本原理框圖如下 : 圖 中的核心部分為模糊控制器，模糊控制器的控制規(guī)律由計算機的程序?qū)崿F(xiàn)。實現(xiàn)一維模糊控制算法的過程描述如下 :微機采樣獲取被控制量的精確值，然后將此量與給定值比較得到誤差 e，一般選誤差信號 e 作為模糊控制器的一個輸入量。把誤差信號 e 的精確量進行模糊化變成模糊量。誤差 e 的模糊量可用相應的模糊語言表示，得到誤差 e的模糊語言的一個子集 e(e 是一個模糊量 )，再由 e 和模糊控制規(guī)則且 (模糊算子 )根據(jù)推理的合成規(guī)則進行模糊決策，得到模糊控制量 u。 u= 為了對被控對象進行 R 精確的控制，還需要將模糊控制量 u 轉(zhuǎn)化為精確量。這一步在圖 中稱為去模糊化處理 (亦稱非模糊化處理 )。得到了精確的數(shù)字控制量后，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換變?yōu)榫_的模擬量送給執(zhí)行機構，對被控對象進行控制。然后，等待第二次采樣，進行第二步控制??。如此循環(huán)下去，就實現(xiàn)了被控制對象的模糊控制。 信息與電子工程系畢業(yè)設計（開題報告） 8 模糊控制的特點 模糊控制具有的突出特點包括 : (1)模糊控制是一種基于規(guī)則的控制，它直接采用語言型控制規(guī)則，出發(fā)點是現(xiàn)場操作人員的控制經(jīng)驗或相關專家的知識，在設計中不 需要建立被控對象的精確的數(shù)學模型，因而使得控制機理和策略易于接受與理解，設計簡單，便于應用。 (2)由工業(yè)過程的定性出發(fā)，比較容易建立語言控制規(guī)則，因而模糊控制對那些數(shù)學模型難以獲取，動態(tài)特性不易掌握或變化非常顯著的對象非常適用。 (3)模糊控制是基于啟發(fā)性的知識語言，這有利于模擬人工控制的過程和方法，增強控制系統(tǒng)的適用能力，使之具有一定的智力水平。 (4)模糊控制的魯棒性強，尤其適合于非線性、時變及純滯后系統(tǒng)的控制。 單片機溫度控制系統(tǒng)組成 在溫度控制中，用單片機取代常規(guī)控制主要是用 單片機代替控制儀表，用數(shù)字給定工藝參數(shù)，其一般組成如圖下圖所示。 單片機溫度控制系統(tǒng)的組成 火爐的溫度經(jīng)溫度傳感器轉(zhuǎn)換成 mv級電信號，經(jīng)放大電路變換成 0～ 5 V 的電壓信號，通過多路開關送到 A/D轉(zhuǎn)換器變換成數(shù)字量送單片機。單片機首先對它進行標度變換，得支它所示、表示的溫度值。然后根據(jù)給定工藝參數(shù)和溫度反饋值，按預定控制算法進行調(diào)節(jié)運算，確定輸出控制量?？刂屏坑?D/A 轉(zhuǎn)換成模擬電壓，經(jīng)功率放大后驅(qū)動執(zhí)行機構控制火爐的進氣量，使爐子的溫度按規(guī)定的 工藝曲線變化。 信息與電子工程系畢業(yè)設計（開題報告） 9 四、完成本課題所必須的工作條件 (如工具書、實驗設備或?qū)嶒灜h(huán)境條件、某類市場調(diào)研、計算機輔助設計條件等等 )及解決的辦法 本課