【導(dǎo)讀】本文將傳統(tǒng)控制理論與智能控制理論相結(jié)合應(yīng)用于溫度控制的實(shí)。首先，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，然后，從熱力學(xué)的角度對(duì)溫。階帶純滯后的近似數(shù)學(xué)模型，并給出了數(shù)學(xué)模型中各參數(shù)的含義。缺點(diǎn)，對(duì)具有純滯后特性的溫度對(duì)象提出一種改進(jìn)的模糊控制方法。方法將模糊控制、PID控制結(jié)合起來。通過數(shù)字仿真表明該方法對(duì)空調(diào)。在此基拙上，用階躍信號(hào)做激勵(lì)，辨識(shí)出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。法對(duì)非線性、具純滯后環(huán)節(jié)對(duì)象的控制是很有效的。溫度控制系統(tǒng)的軟。件采用匯編語言編制，控制算法部分采用C與匯編混合編程。于Windows20210/xp平臺(tái)，人機(jī)界面友好，易于用戶操作。改采樣時(shí)間、控制算法、控制參數(shù)、圖形顯示及數(shù)據(jù)保存和打印功能。設(shè)計(jì)的空調(diào)機(jī)溫度控制的精確性，使用方便，功能齊全。

　　

【正文】 2)模糊推理過程 模糊推理過程就是對(duì)于給定的模糊輸入量，模糊控制器根據(jù)判定的模糊規(guī)則和事先確定好的推理方法進(jìn)行模糊推理，求出模糊輸出量的過程。模糊推理是模糊控制器的核心，它具有模擬人類基于模糊概念的推理能力，是基于模糊邏輯中的蘊(yùn)含關(guān)系及推理規(guī)則來進(jìn)行的。模糊控制是模仿人的思維方式和人的控制經(jīng)驗(yàn) 來實(shí)現(xiàn)的一種控制。根據(jù)有經(jīng)驗(yàn)的操作者或者專家的經(jīng)驗(yàn)制訂出相應(yīng)的控制規(guī)則即是模糊控制規(guī)則，它是模糊控制器的核心。為了能存入計(jì)算機(jī)，就必須對(duì)控制 規(guī)則進(jìn)行形式化成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 27 處理，再模仿人的模糊邏輯推理過程確定推理方法，控制器根據(jù)制訂的模糊控制規(guī)則和事先確定好的推理方法進(jìn)行模糊推理，得到模糊輸出量，即模糊輸出隸屬函數(shù)，這就是模糊控制規(guī)則的形成和推理。其目的是用模糊輸入值去適配控制規(guī)則，為每個(gè)控制規(guī)則確定其適配的程度，并通過加權(quán)計(jì)算合并那些規(guī)則的輸出。 (3)模糊量的去模糊 模糊量的去模糊 (Defuzzification)就是 將基礎(chǔ)變量論域上的模糊集變換成基礎(chǔ)變量論域上的確定值的過程。根據(jù)模糊邏輯推理得到的輸出模糊隸屬函數(shù)，用不同的方法找一個(gè)具有代表性的精確值作為控制量，就是模糊量的去模糊 ； 它要求在推理得到的模糊集合中取一個(gè)最能代表這個(gè)模糊推理結(jié)果可能性的精確量，去控制或驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 (4)模糊控制器及系統(tǒng)設(shè)計(jì) 模糊控制器 (Fuzzy Controller)在模糊自動(dòng)控制系統(tǒng)中占有舉足輕重的地位，因此在模糊控制系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)和調(diào)整模糊控制器的工作是很重要的。模糊控制器的設(shè)計(jì)包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容 : (1)確定模糊控制器的輸入變 量和輸出變量。 (2)設(shè)計(jì)模糊控制器的控制規(guī)則。 (3)建立模糊化和反模糊化的方法。 (4)選擇模糊控制器的輸入變量及輸出變量的論域并確定模糊控制器的參數(shù) (如量化因子、比例因子 )。 (5)編制模糊控制算法的應(yīng)用程序。 (6)合理選擇模糊控制算法的采樣時(shí)間。 (5)模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 模糊控制器有兩種組成方式，一種是由模糊邏輯芯片組成的硬件專用模糊控制器，它是用硬件芯片來直接實(shí)現(xiàn)模糊控制算法 ； 另一種是用微處理器組成硬件系統(tǒng)，用軟件來實(shí)現(xiàn)模糊控制算法，這種模糊控制器的特點(diǎn)是資源 開銷小、靈活 性 高、通用性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣。在一般控制系統(tǒng)中，目前多采用第二種方式。模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是指確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量。模糊控制器的輸入一般有三個(gè) :偏差、偏差的變化及偏差變化的變化，輸出變量一般選擇控制量的變化。目前廣泛采用的是二維模糊控制器，這種控制器的輸入變量選偏差及偏差的變化，以控制量的變化為輸出變量。根據(jù)本系統(tǒng)的特點(diǎn)及控制要求，?？照{(diào)機(jī)的溫度控制 系統(tǒng) 28 糊控制器選用二維結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 根 據(jù) 本系統(tǒng)的特點(diǎn)及控制要求，模糊控制器采用雙輸入單輸出結(jié)構(gòu)，分別用 偏差 e和偏差的變化率△ e作為輸入變量，以控制量 u 作為輸出變量。 (6)精確量的模糊化 在溫室溫度模糊控制器里，將鍵盤輸入的溫度值作為給定值 T，由傳感器測量得到的溫度值記為 t(k)，則誤差 e及誤差的變化△ e 為 : e(k) = Tt(k) (32) △ e(k) = e(k)e(k1) (33) 將 e (k)和△ e (k)作為溫度模糊控制器的輸入變量，輸出變量為加熱器及風(fēng)扇的通斷狀態(tài)。根據(jù)溫室的實(shí)際工作情況，從溫帶植物三基點(diǎn)溫度如表 21 所示，可以看出其適宜溫度變化值在 10℃左右，考慮到實(shí)際檢測條件和適當(dāng)?shù)目刂凭龋瑢囟日`差的基本論域定為[5℃ ～ +5℃ ] ,溫度誤差變化的基本論域定為 [1℃ ～ +1℃ ]。為提高控制精度和響應(yīng)速度，將溫度的控制范圍分為模糊控制區(qū)和確定控制區(qū)，以溫度設(shè)定值的 177。 5℃為界。溫度在設(shè)定值的 177。 539。C 以內(nèi)為模糊控制區(qū)，以外為確定控制區(qū)。在確定控制區(qū)，系統(tǒng)將進(jìn)行強(qiáng)制冷卻或加熱，并發(fā)出溫度 超標(biāo) 報(bào)警信號(hào)。而在模糊控制區(qū)，將溫度偏差、偏差變化率的模糊集合分為 7 個(gè)模糊子集，分別為 PB(正大 )， PM(正中 )， PS(正小 )，Z(零 )， NS(負(fù)小 )， NM(負(fù)中 )， NB(負(fù)大 )。選取語言變量 e, △ e的論域均為 :x={4， 3， 2， 1, 0, 1, 2, 3, 4}溫度偏差、偏差變化率的隸屬函數(shù)賦值表如表 。成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 29 表 △ e的隸屬度函數(shù)賦值表 論域 4 3 2 1 0 1 2 3 4 NB 1 0 0 0 0 0 0 0 NM 1 0 0 0 0 NS 0 0 1 0 0 0 0 Z 0 0 0 1 0 0 0 PS 0 0 0 0 1 0 0 PM 0 0 0 0 1 PB 0 0 0 0 0 0 0 1 控量的隸屬函數(shù)形狀可以是三角形、梯形、單點(diǎn)或其它形狀。采用單點(diǎn)為控制量在實(shí)際處理時(shí)較為方便，因?yàn)檫@時(shí)只要知道控制量的模糊量也就知道了實(shí)際用于控制的論域元素。本系統(tǒng)控制量的模糊劃分采用單點(diǎn)，分為 7 個(gè)模糊子集，分別為 PB(正大 )， PM(正中 )， PS(正小 )，Z(零 )， NS(負(fù)小 )， NM(負(fù)中 )， NB(負(fù)大 )。選取語言變量 u的論域?yàn)?:{3，2， 1, 0, 1, 2, 3}?？刂屏康碾`屬函數(shù)如圖 所示。 圖 U的隸屬度 函數(shù) (7)模糊控制規(guī)則 模糊控制規(guī)則實(shí)際上是總結(jié)有經(jīng)驗(yàn)的操作者或?qū)＜业目刂浦R(shí)和經(jīng)驗(yàn)制定出的一條條模糊條件語句的集合，通常簡寫成一個(gè)表，即模糊控制規(guī)則表。確定模糊控制規(guī)則的原則必須是系統(tǒng)輸出響應(yīng)的動(dòng)靜態(tài)特性達(dá)到最佳。當(dāng)誤差大或較大時(shí)，選擇控制量以盡快消除誤差為主 。而當(dāng)誤差較小時(shí)，選擇控制量要注意防止超調(diào)，以系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主要出成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 30 發(fā)點(diǎn)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過總結(jié)和歸納可以得到溫室溫度的模糊控制規(guī)則如表 。 表 u △ e NB PB PB PB PN Z Z NB PB PB PB PB PB Z Z NM PB PB PB PB PB Z Z NS PM PM PM PM Z NS NS e Z PM PM PS Z NS NM NM PS PS PS Z NM NM NM NM PM Z Z NM NB NB NB NB PB Z Z NM NB NB NB NB (8)模糊控制算法設(shè)計(jì) 控制算法是模糊控制的關(guān)鍵，可根據(jù)不同的系統(tǒng)情況選用不同的控制算法，常用的有查表和公式 法。本系統(tǒng)采用查表法實(shí)現(xiàn)模糊控制算法。查表法是根據(jù)模糊控制規(guī)則表，求出輸入量論域元素和輸出量論域元素之間的關(guān)系，形成一個(gè)表格，這個(gè)表格稱為控制表。產(chǎn)生控制表的方法有兩種，一種是間接法，首先求出模糊關(guān)系 R，再根據(jù)輸入的偏差和偏差變化率求出控制量，最后把控制量精確化，得到控制表 。另一種是直接法，直接從控制規(guī)則即推理語句中求控制量，產(chǎn)生控制表。本文采用直接法。本系統(tǒng)中，由于偏差 e和偏差變化率 △ e 的離散論域都有 9個(gè)元素 {4， 3， 2，一 1, 0, 1, 2, 3, 4}，在輸入時(shí)， e 或△ e的精確值都會(huì)量化到 9 個(gè) 元素之中的任何一個(gè)。這樣， e 和△ e 的輸入組合就有 9 9=81 種。求這 81 種輸入組合及其對(duì)應(yīng)的輸出控制量，即可形成相應(yīng)的模糊控制表。實(shí)際控制過程中，可以對(duì)該表進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)查表結(jié)果求出控制量，去控制或驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室溫度的智能控制。 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 31 總結(jié) 通過“空調(diào)機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研究”此項(xiàng)課題的完成，我們找出了一種通過控制壁掛式普通空調(diào)來調(diào)節(jié)菌種培養(yǎng)車間溫度的一種新方法。對(duì)于溫度控制這種具有純滯后的大慣性系統(tǒng)，在無法得出精確數(shù)學(xué)模型情況下，采用基于專家規(guī)則的模糊控制算法可以達(dá)到很好的控制效果。本系統(tǒng)算法的特點(diǎn)是 :通過專家系統(tǒng)的監(jiān)控，可以使模糊控制中的量化因子實(shí)現(xiàn)自尋優(yōu) 。根據(jù)輸入，再結(jié)合知識(shí)庫中的規(guī)則，可以在線地修正控制策略 。在整個(gè)控制過程中，專家系統(tǒng)只是參與決策與協(xié)調(diào)，直接控制由模糊控制器與 PID 控制完成。因此，在控制過程的整個(gè)進(jìn)程中，參數(shù)可以在線尋優(yōu)，算法也可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)修正。本課題所完成的工作主要是 : 。 、安裝與調(diào)試。 。 。 。 本系統(tǒng)具有以 下特點(diǎn) : ，加強(qiáng)了系統(tǒng)的過程控制功能，在 DDC級(jí)單獨(dú)控制下也可以很好地完成過程控制，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。 ，算法實(shí)現(xiàn)自尋優(yōu)，溫度跟蹤特性好，穩(wěn)態(tài)精度高，超調(diào)量小。 、全過程的自動(dòng)控制及監(jiān)控，減輕了實(shí)驗(yàn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了實(shí)驗(yàn)效率。 ，操作人員操作簡單方便。成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 32 致謝 此次畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和學(xué)位論文撰寫過程中，得到了多位老師、同學(xué)、朋友的關(guān)心、指導(dǎo)和幫助。入學(xué)以來，各位老師一直以來的辛勤工作和教誨使我能順利地度過這難忘 的四年，使我在綜合素質(zhì)提高、專業(yè)理論知識(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)踐工作能力等各方面受益匪淺。 在此，衷心地感謝我的指導(dǎo)教師汪厚新碩士！他豐富的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和全面的指導(dǎo)，對(duì)我啟發(fā)頗多，收獲頗豐。 感謝四年以來眾多同學(xué)和朋友的幫助，大家一起在緊張的學(xué)習(xí)之余度過了許多愉快的時(shí)光。 感謝父母多年以來的關(guān)愛！ 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 33 參考文獻(xiàn) [1]劉志剛 .電力電子技術(shù) [M].清華大學(xué)出版社 ,2021 [2]曹巧媛 .單片機(jī)原理及應(yīng)用 [M].北京電子工業(yè)出版社 ,1997 [3]劉大茂 .單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)控主程序的設(shè)計(jì)方法 [J].上海人 民出版社 ,2021 [4]樊貴卿 .串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302 程序設(shè)計(jì)中的問題與對(duì)策[M].中國水利出版社 ,2021 [5]張友德 .單片機(jī)原理應(yīng)用及實(shí)驗(yàn) [M].復(fù)旦大學(xué)出版社 ,2021 [6]閻石主 .數(shù)字電子基礎(chǔ) [M].機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021 [7]李正軍 .計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [J].中國電力出版社 ,2021 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