【導(dǎo)讀】象，具有大滯后、時變、非線性、反應(yīng)機理復(fù)雜等特點.傳統(tǒng)的PID控制是一種基于過程參數(shù)的控制方法。具有控制原理簡單、穩(wěn)。要求，因而采用一般的PID控制器無法實現(xiàn)對反應(yīng)釜的精確控制。但模糊控制器是以誤差和誤差變化作為輸入變量，這種控制器具有模糊比例。的控制作用的，具有對模型要求低、魯棒性好、適用于數(shù)字計算機控制的優(yōu)點。大大提高了溫度控制系統(tǒng)的性能。規(guī)PID的控制經(jīng)驗，采用模糊推理方法，對控制器算法進行改進。增強，控制效果較好。

　　

【正文】 (1)系統(tǒng)正 常復(fù)位 系統(tǒng)正常復(fù)位分為上電復(fù)位和人工復(fù)位，電源上電時，當(dāng)電源電壓超過復(fù)位門限電壓 V， RST 端輸出 200 ms 的復(fù)位信號，使系統(tǒng)復(fù)位；當(dāng)復(fù)位開關(guān)按下并釋放， RST 端獲得低電平也使 RST 端輸出復(fù)位信號。 (2)電壓電源干擾引起的系統(tǒng)復(fù)位 當(dāng)電源受到干擾，使 VCC低于復(fù)位門限電壓 ( V)時， WD O端由高電平變?yōu)榈碗娖剑瑫r RST 端輸出復(fù)位脈沖 (高電平 )，使系統(tǒng)復(fù)位，當(dāng)干擾過后， VCC、 恢復(fù)正常再經(jīng)過 200 ms， RST 端恢復(fù)低電平 (無效 )，系統(tǒng)正常工作 ，此電路的響應(yīng)時間約為 350 ms，可見該電路能監(jiān)測檢測到毫秒級的瞬間低電平干擾，從而可通過軟件制定相應(yīng)的對策。 (3)電源以外的干擾引起的系統(tǒng)復(fù)位 根據(jù)看門狗的原理，我們通過一個口線 (如 )向 MAX813L 的 WDI 端輸出方波，方波的高電平和低電平的寬度可不等，但時間不能超過 s，這樣片內(nèi)的看門狗定時器就不會溢出， WD O也保持高電平， MR 端保持高電平，系統(tǒng)正常工作。當(dāng)干擾信號使系統(tǒng)程序走飛，或進入死循環(huán)， 8031 的 端不能正常輸出脈寬小于 s 的矩形波，使 WD O端的高或低電平持續(xù)時間超過 s，看門狗定時器溢出， WD O端由高電平變?yōu)榈碗娖剑?RST 端輸出復(fù)位脈沖，單片機復(fù)位，看門狗定時器清零， WD O端又恢復(fù)為高電平。 A/D 轉(zhuǎn)換采樣輸入單元 測溫的溫度傳感器采用鉑電阻 Pt100。鉑電阻溫度傳感器因穩(wěn)定性好、測量準確度高、量程范圍寬而被廣泛用作標準儀器。在 0650 ℃范圍內(nèi) ,其電阻溫度特性為 ： 分別為 t ℃和 0 ℃時鉑電阻的電阻值， a、 b 為溫度特性常數(shù) 。目前校正鉑電阻非線性有很多方法，為了提 高測溫的可靠性，我們采用一種基于雙積分模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器本身的校正技術(shù)。其方案原理框圖如圖 33 所示。 21 圖 33 A/D 電路原理圖 由原理框圖可以看出，這種鉑電阻溫度測量方案是一開環(huán)系統(tǒng)，不形成正反饋，各功能部分的輕微變化對輸出顯示的影響不大，因而其穩(wěn)定性優(yōu)于常規(guī)的閉環(huán)反饋校正。圖中 R2 R R Rt 與 U17(OP07 放大器 )組成有源線性電橋網(wǎng)絡(luò)。為了獲得較高的分辨率和靈敏度，要求供給鉑電阻兩端的電壓盡量大一些，但供給電壓大，又會 使鉑電阻的耗散功率增加，從而產(chǎn)生自熱，影響測量精度。鉑電阻每耗 ，溫度上升 1℃。電路配用的 Pt100 型鉑電阻，標稱值為 100 ?。為減小整機功耗和限制流過 Rt 的電流，橋路電源 Vcc 由 D1 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓(穩(wěn)壓值為 2 V)。 U18(OP07放大器 )組成反相放大電路，使其輸出電壓與鉑電阻阻值變化量成正比。 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器選用 ICL7109， ICL7109 是一種高精度、低噪聲、低漂移、價格低廉的雙積分型 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器。它具有很強的抗工頻干擾能力，尤其適用于噪聲大、環(huán) 境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，是中低速精確數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和智能儀表裝置的理想接口芯片。 ICL7109 輸出 12 位二進制數(shù) (B1B12)和一位極性位 (POL)、一位溢出位 (OR)，轉(zhuǎn)換器分辨率為 212%，能滿足精密儀表精度要求，可直接掛接于單片機數(shù)據(jù)總線上 (89C55 的 P0 口 )。此電路中 ICL7109 工作于直接方式，上電以后， 7109 進入連續(xù)不停的工作狀態(tài)，當(dāng) 7109 完成一次轉(zhuǎn)換時，STATUS 端由高到低，向 89C55 請求中斷 INT1。 89C55 響應(yīng)中斷，進入相應(yīng)的服務(wù)程序，分兩 次讀入 7109 的低字節(jié)、高字節(jié)以及 POL、 OR 數(shù)據(jù)。高字節(jié)選通和低字節(jié)選通的控制信號 HBEN 和 LBEN 由 89C55 的 RD 信號、高位地址線 和 產(chǎn)生。 ICL7109 外接元件選擇： 22 D/A 轉(zhuǎn)換輸出控制單元 控制原理 這部分主要是完成過零觸發(fā) PWM 脈寬調(diào)功，由 D/A 轉(zhuǎn)換器、三角波發(fā)生器、電平比較器、施密特觸發(fā)器、光耦隔離和固態(tài)繼電器組成。組成框圖如圖 34 所示。 圖 34 D/A 電路原理框圖 固態(tài)繼電器交流調(diào)壓 (功 )在電加熱控制系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛。目前國內(nèi)固態(tài)繼電器交流調(diào)壓 (功 )溫控電路常用相位控制和過零觸發(fā) PWM 控制方式。相位控制方式使固態(tài)繼電器在電源電壓每個周期內(nèi)，在選定的時刻內(nèi)將負載與電源接通，改變選定的時刻就可以達到調(diào)壓的目的。這種方式最大缺點是，“缺角”的正弦波會產(chǎn)生相當(dāng)大的射頻干擾，并通過電網(wǎng)傳輸?shù)胶苓h的距離，給電力系統(tǒng)造成“傷害”，而且功率因數(shù)低。而過零觸發(fā) PWM 控制方式是把固態(tài)繼電器作為開關(guān)將負載與交流電源接通幾個周期 (工頻 1 周期為 20 ms)，然后在斷開一定的周期，改變通斷的時間比值達到調(diào)壓的目的。這種控制方式與相位控制方式相比，不但性能穩(wěn)定，工作可靠，同時具有體積小、安裝調(diào)試容易、維護方便等優(yōu)點，特別重要的是，負載上得到的電壓電流是完整的正弦波，基本上不存在電網(wǎng)波形的畸形和高頻感干擾?？刂圃砣鐖D 35 所示。 圖 35 PWM 調(diào)功原理圖 本系統(tǒng)控制的方式采用過零觸發(fā) PWM 控制方式的固態(tài)繼電器交流調(diào)壓(功 )。 其原理是，首先三角波發(fā)生器產(chǎn)生頻率恒定的三角波，它和 D/A 轉(zhuǎn)換器輸出的控制信號同時輸入到電平比較器，控制信號與三 角波在電平比較器中比較，從而產(chǎn)生不同占空比 (占空比由控制信號決定 )的 PWM 脈沖波。 PWM 脈沖波經(jīng)施密特觸發(fā)器 (波形整形器 )濾除電平附近由于干擾產(chǎn)生的振蕩成分，使波形規(guī)則化，同時起到驅(qū)動后邊負載的作用。經(jīng)光電耦合隔離器，控制過零觸發(fā)固態(tài)繼電器的導(dǎo)通和截至的時間比例，達到調(diào)節(jié)輸出功率和控制溫度的目的。 23 芯片及參數(shù)的選取 D/A 轉(zhuǎn)換器 考慮到控制精度，同時與 A/D 轉(zhuǎn)化器相匹配， D/A 轉(zhuǎn)換器采用 MAXIM 公司的 MAX530 芯片。 MAX530 是 — 種 低功耗、 12位并行輸入、上電復(fù)位、采用 +5 V 單電源或者 177。 5 V雙電源供電的 D/A 轉(zhuǎn)換器芯片。雖然是并行 12 位輸入，但其輸入僅 8 位，其中 8 位共用 4 根輸入管腳，對 TTL/CMOS 電平兼容，與 89C55 連接非常方便。輸出為電壓型，內(nèi)含 V 參考電壓源。MAX530 有三種工作方式，通過改變補償電阻 ROFS 的連接方式來實現(xiàn)，方式一對應(yīng)輸出電壓范圍為 V；方式二對應(yīng)輸出電壓范圍為 V；方式三為雙極性輸出，對應(yīng)輸出電壓范圍為 ( V)至 (+ V)?？紤]到要與 max038 產(chǎn)生的三角波比較，所以 MAX530 工作在方式三，即雙極性方式，將 ROFS 連接到 REFIN端。 MAX530 的連接框圖如圖 36 所示。 圖 36 MAX530 電路原理圖 CLR 端為清零端口，接 端口，可以隨時通過 設(shè)零使輸出清零，避免生產(chǎn)事故。同時單片機的 RET 復(fù)位端通過與門與 CLR 端連接，可以使 MAX530 與單片機系統(tǒng)同步復(fù)位。單片機 與片選端 CS 相連， 、 通過非門驅(qū)動與高低位尋址 A A0 相連，這樣 D/A 的片選地 址為 7FFFH(低 8 位 )和 1FFFH(高 4 位 )。同時采用 8+4 方式 (即依次輸出 12 位中的高 4 位和低 8 位 )輸入數(shù)據(jù)，這樣 LDAC 端直接接地。當(dāng)單片機完成算法運算之后，通過地址尋址，選中 D/A 和相應(yīng)的高低位，依次輸入 12 位控制信號，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬輸出。 三角波發(fā)生器 三角波發(fā)生器選用 MAX038。 MAX038 是美國 MAXIM 公司生產(chǎn)的高頻、高精度、低輸出電阻、 驅(qū)動能力強 (20 mA)的函數(shù)信號發(fā)生器芯片。使用很少的外部元器件它就可以產(chǎn)生精確、高頻率的三角波、鋸齒波、正弦波、方波、脈沖波形等信號。利用內(nèi)部 V 電壓作參考配以外部的電阻及電容可實現(xiàn)輸出頻率 Hz20 MHz，占空比可調(diào)節(jié)范圍為 15%85%。三角波發(fā)生器電路如圖 37 所示。 24 圖 37 MAX038 電路原理圖 波形設(shè)定端 A0、 A1 分別設(shè)定為 1 和 0(1 為高電平， 0 為低電平 )，此時輸出波形為三角波。將占空比調(diào)節(jié)輸入端 DADJ 接地，則三角波 形的占空比固定為 50%。 這樣 MAX038 在 OUT 端輸出占空比為 50%、頻率 HZ、 PP 值為 2 V 的三角波。但是由于三角波要比較的 D/A 控制信號為 ( V)至 (+ V)，因此輸出后要加上一個放大電路使得波形與控制信號匹配， PP 值為 V。放大器選用 LM318，連接如圖 37 所示。 電平比較器 三角波輸入到電平比較器的正輸入端子，每隔 2 s(與三角波頻率相同 )， D/A 轉(zhuǎn)換器輸出控制信號輸入到 比較器的負輸入端子，在比較器中相比較，這樣在比較器的輸出端就產(chǎn)生了脈寬與控制信號大小相對應(yīng)的 PWM 波。再經(jīng)過施密特觸發(fā)器的反相與整形，就得到了脈寬與 D/A 控制信號成正比的 PWM 波。 D/A 控制信號越大， PWM 波的脈寬越寬， D/A 控制信號越小， PWM 波的脈寬越窄。當(dāng) D/A 控制信號電壓為 + V 時， PWM 波輸出全為高電平，即占空比為 100%，當(dāng) D/A 控制信號電壓為 V 時， PWM 波全為低電平，即占空比為 0%。這樣達到了用 D/A 輸出信號控制占空比的目的?？刂?原理見圖 38。 圖 38 D/A 電路控制波形圖 25 比較器采用 LM339。它為低功耗、低失調(diào)電壓比較器，具有全溫度范圍內(nèi)的失調(diào)電壓漂移低，輸入差動電壓范圍等于電源電壓，能與 TTL、 DTL、 ECL、MOS 等邏輯系統(tǒng)兼容等特點，在測量和控制領(lǐng)域用途廣泛。 LM339是一種高增益寬帶器件，在印刷電路板布局時應(yīng)注意輸入信號線與輸出線不要靠近，以免輸出信號通過分布電容耦合到輸入端引起比較器自激。并應(yīng)注意集成塊的接地端應(yīng)與整機的接地點盡可能的靠近，以減少接地阻抗。 控制部分電路原理框圖如 圖 39 所示。 圖 39 控制電路原理圖 施密特觸發(fā)器 由于生產(chǎn)環(huán)境干擾很多，同時 PWM 控制波經(jīng)過傳輸通道后往往發(fā)生波形畸變，波形的上升和下降沿將明顯變壞，出現(xiàn)附加噪聲。為了獲得比較理想的矩形脈沖控制波形，通常使用施密特觸發(fā)器整形。本系統(tǒng)的施密特觸發(fā)器采用74LS14(為 6個施密特觸發(fā)的反相器 )，電路連接見圖 39。 光耦隔離 交流固態(tài)繼電器是大功率器件，雖然固態(tài)繼電器輸入與輸出間采用光隔離，但是提高系統(tǒng)的抗干擾性使用光耦 4N25。連接見圖 39。 固態(tài)繼電器 交流固態(tài)繼電器 ACSSR(Alternating currentSolid State Relays)是一種由固態(tài)電子器件組成的新型無觸點開關(guān)器件。它利用分立元件、集成器件及微電子技術(shù)實現(xiàn)控制回路 (輸入 )與負載回路 (輸出 )之間的電隔離和信號耦合。達到無觸點、無火花接通和斷開電路的目的，具有工作可靠、驅(qū)動功率小、開關(guān)速度快、使用壽命長、無噪音和抗干擾的特點，且能與 CMOS、 TTL、 HTL 等數(shù)字電路相兼容。另外 ACSSR 內(nèi)設(shè)光 電隔離電路，可有效減少電網(wǎng)對微機的干擾。因此，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，諸如微機的 I/O 接口、防爆場合和自動控制領(lǐng)域等。交流固態(tài)繼電器按控制觸發(fā)的形式分為過零觸發(fā)型和隨機導(dǎo)通型兩種。當(dāng)控制信號加入時，前者只能在交流電源電壓過零點附近才導(dǎo)通，后者則在交流電壓的任意相位上導(dǎo)通和關(guān)閉。由于過零觸發(fā)通斷過程中都是完整的正弦波，電磁干擾 和浪涌電壓都非常小，所以本系統(tǒng)采用交流型過零觸發(fā)固態(tài)繼電器 (ACSSR)。示意圖如圖 310 所示。 26 圖 310 交流固態(tài)繼電器示意圖 直流控制端輸入 PWM 控制 脈沖波，交流控制輸出端接交流加熱電源，由 PWM 波控制交流電路的通斷。在每個周期內(nèi) (本系統(tǒng)為 2 s)，輸出端導(dǎo)通的時間與 PWM 波的占空比成正比，而每一周期內(nèi) PWM 波的占空比與單片機輸出的控制信號成正比，過零固體繼電器輸出端導(dǎo)通正弦波數(shù)與導(dǎo)通時間成正比，從而使得一周期內(nèi)加熱電路通過的周波數(shù)與單片機輸出控制信號成正比，達到過零觸發(fā) PWM 調(diào)壓 (功 )的目的。 交流固態(tài)繼電器電路連接圖見圖 39 所示。 被控的交流加熱平均功率為 ： 式中 P 為輸入反應(yīng)釜的加熱功率， PMAX為反 應(yīng)釜滿額電加熱功率 (4 kW)， n 為允許導(dǎo)通的周波數(shù)， N 為設(shè)定的滿額周波數(shù)。當(dāng)ｎ =0 時，加熱輸出功率為零；當(dāng)ｎ =N 時，加熱輸出功率為滿功率。本系統(tǒng)的控制周期設(shè)定 2s，則工頻 50