【文章內(nèi)容簡介】 造成出水溫度波動過大 ， 調(diào)節(jié)時間過長 ， 不能滿足即熱式熱水器快速恒溫的要求 因此我選擇采用模糊控制器來實現(xiàn)即熱式電熱水器的控制，而模糊控制器 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(guān)專家的知識 , 設(shè)計簡單 , 便于應(yīng)用 。并且 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 。而且 模糊控制算法有利于模擬人工控制的過程和方法 , 使之具有一定的智能水平 。 我的設(shè)計 方案的工作原理為：溫度傳感器及有關(guān)電路將電熱水器出口溫度轉(zhuǎn)化為 電壓，再通過 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，單片機將測得的數(shù)字量轉(zhuǎn)化為與之對應(yīng)的溫度值。與設(shè)定的溫度相比較后，以偏差及其變化量為輸入、加熱量為輸出，通過模糊控制算法，就可達到水溫自調(diào)的目的，并加以顯示。 本研究課題研究內(nèi)容 采用模糊控制算法實現(xiàn)熱水器的溫控，利用熱敏電阻檢測電熱水器出水口溫度，根據(jù)出水口溫度與設(shè)定溫度的差值及該差值隨時間的變化率實施模糊邏輯控制。 課題主要要求： 1．闡述恒溫模糊控制的原理； 2．基于單片機恒溫 模糊控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計； 3．控制系統(tǒng)軟件的編制； 4．繪制硬件結(jié)構(gòu)圖和軟件流程圖； 6 第 2 章 模糊控制器的設(shè)計 模糊控制的基本原理 模糊控制的基本原理可由圖 ，它的核心部分為模糊控制器，如圖中虛線框中所示。模糊控制器的控制規(guī)則由計算機的程序?qū)崿F(xiàn)，微機通過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信號 E,一般誤差信號 E作為模糊控制器的輸入量。把誤差信號的精確量進行模糊化得到模糊量，誤差 E的模糊量可以響應(yīng)的模糊語言表示。至此，得到模糊誤差 E的模糊語言集合的一個子集 e。再由 e和模糊控制規(guī)則根據(jù)推理合成規(guī)則進行決策，得到模糊控制量 u。 圖 模糊控制器原理框圖 模糊控制器的設(shè)計 （ 1） 精確量的模糊化 模糊控制器的輸入要求為模糊集合，因此需要將確定數(shù)模糊化。常用的方法有以下兩種 : ① 將確定數(shù)如 1e 看作模糊集合 1E 的一個特例。此時，模糊集合 1E只包含一個元素 in , in = eK *1e ,在該元素上的隸屬度為，即 1E =〔 0 0 ? 0 1 0 ? 0〕 （ ） ② 根據(jù)確定數(shù) 1e 及量化因子 eK ，由 in = eK *1e 求得 1e 在基本論域〔 e ， e 〕上的量化等級 in ；其次查找語言變量 E 的賦值表，找出在元素 in 上與最大隸屬度對應(yīng)的語言值所決定的模糊集合，該模糊集合就代表了確定數(shù) 1e 的迷糊化。 （ 2） 模糊控制算法設(shè)計 7 模糊控制算法，或稱模糊控制規(guī)則，實質(zhì)上是將操作者在控制過程中的手動操作策略加以總結(jié)而得到的模糊條件語句的集合。除了用模糊條件語句表達控制規(guī)則外，還可以用模糊控制狀態(tài)表來表示。 常見的模糊控制器結(jié)構(gòu)如圖 ，其中分 (a)、 (b)、 (c)分別對應(yīng)單輸入單輸出模糊控制器、雙輸入單輸出模糊控制器、多輸入單輸出模糊控制器。 (a)單入單出模糊控制器 (b)雙入單出模糊控制器 (c)多入單出模糊控制器 圖 模糊控制器結(jié)構(gòu) （ 3） 模糊控制狀態(tài)表與查詢表的建立 由 if E=NB or NM and EC=NB or NM then u=PB 所確定的模糊關(guān)系可用式 寫出，即： （ ） 如果令此刻采樣所得到的實際誤差量為 e 且誤差的變化為 ec，由式 u e R?可以算出控制量為： （ ） 對于 e 及 ec 的隸屬函數(shù)值對應(yīng)于所量化的等級上取 1，其余均取零，這樣式 可以簡化為： 1 m in {m a x [ ( ) 。 ( ) ] 。 m a x [ ( ) 。 ( ) ] 。 ( ) }E E E C E C UNB NM NB NM P Bxu i i j j x? ? ? ? ?? （ ） 式中 ()ENBi?， ()ENMi?是模糊集合 NBE和 NME第 i 個元素的隸屬度，而 ()ECNB j?，()ECNM j? 是模糊集合 NBEC和 NMEC第 j 個元素的隸屬度。 同理，可以由其余各條語句分別求出控制量 2 21,uu??? ，控制量為模糊集合 u，表示為： 1 2 21u u u u? ? ? ???? () 由式 計算出的模糊控制量可以選用一種判決方法，如最大隸屬度法，將控制量由模糊量變?yōu)榫_量。 由模糊條件語句表達的控制規(guī)則，可得出如表 及如表 控制器查詢表 模糊 控制器 模糊 控制器 模糊 控制器 8 表 模糊控制規(guī)則表 NB NM NS 0 PS PM PB NB PB PB PB PB PM 0 0 NM PB PB PB PB PM 0 0 NS PM PM PM PM 0 NS NS N0 PM PM PS 0 NS NM NM P0 PM PM PS 0 NS NM NM PS PS PS 0 NM NM NM NM PM 0 0 NM NB NB NB NB PB 0 0 NM NB NB NB NB 表 模糊控制器查詢表 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 6 7 6 7 6 7 7 7 4 4 2 0 0 0 5 6 6 6 6 6 6 6 4 4 2 0 0 0 4 7 6 7 6 7 7 7 4 4 2 0 0 0 3 7 6 6 6 6 6 6 3 2 0 1 1 1 2 4 4 4 5 4 4 4 1 0 0 1 1 1 1 4 4 4 5 4 4 1 0 0 0 3 2 1 0 4 4 4 5 1 1 0 1 1 1 4 4 4 0 4 4 4 5 1 1 0 1 1 1 4 4 4 1 2 2 2 2 0 0 1 4 4 3 4 4 4 2 1 2 1 2 0 3 4 4 4 3 4 4 4 3 0 0 0 0 3 3 6 6 6 6 6 6 6 4 0 0 0 2 4 4 7 7 7 6 7 6 7 5 0 0 0 2 4 4 6 6 6 6 6 6 6 6 0 0 0 2 4 4 7 7 7 6 7 6 7 9 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)總體方案 本系統(tǒng)中，需要檢測的輸入信號有出水口溫度和內(nèi)膽溫度及水流檢測信號。需要輸出的信號主要是雙向可控硅的導通時間以控制加熱功率的大小。還要完成數(shù)據(jù)的實時顯示及各工作階段指示、出水溫度的設(shè)置、自動檢測故障原因并顯示等功能，還具有各種完善的保護功能，如溫度的超限報警、防干燒 。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下： 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)硬件組成及工作原理 圖 控制系統(tǒng)原理框圖 AT89S52 水流檢測電路 鍵盤、顯示接口電路 加熱輸出控制電路 工作指示和保護 電路 過零檢測電路 溫度傳感器