【導(dǎo)讀】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)。爐實際運行溫度，送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以AT89C52單片機(jī)為基礎(chǔ)，單片機(jī)可根據(jù)輸入的各種命令，運行智能算法得到控制值，輸出脈沖。觸發(fā)信號，通過過零觸發(fā)電路驅(qū)動雙向可控硅，從而加熱烘干爐。糊自整定PID控制方法。基于模糊自整定PID控制算法的控制系統(tǒng)有相當(dāng)好。示等功能，可以獲得較高的控制精度。

　　

【正文】 模糊子集、模糊論域和量化因子 如表 21： ddt 常規(guī) PID 控制器 被控 對象 模糊推理 解 模 糊化 模糊化 ?Kp ?Ki ?Kd E Ec r(t) 圖 25 模糊自整定 PID 結(jié)構(gòu)框圖 E 19 表 21 ?Kp， ?Ki , ?Kd模糊論域 選擇各變量的隸屬度函數(shù)為均勻三角函數(shù)， 可以 作出各個變量的隸屬度函數(shù)如 圖 26 所示 ： 圖 26 E ， ec， ?Kp， ?Ki , ?Kd的隸屬度函數(shù) 根據(jù)以上隸屬度函數(shù)，可得出語言變量賦值表如表 22 所示 : 20 表 22 語言變量賦值表 2．確定 PID 參數(shù)模糊調(diào)整規(guī)則 找出在不同時刻 PID 三個參數(shù)與 e 和 ec 之間的模糊關(guān)系，在運行中不斷檢測 e 和 ec，根據(jù)模糊控制表 來對三個參數(shù)進(jìn)行在線修改， 用來修改PID 參數(shù)。 參數(shù)模糊自調(diào)整 PID 制器就是找出在不同時刻 PID 三個參數(shù)與 e 和 ec 之間的模糊關(guān)系，在運行中不斷檢測 e 和 ec，根據(jù)模糊控制原理來對三個參數(shù)進(jìn)行在線修改，以滿足不同的 e 和 ec 對控制參數(shù)的不同的要求，而使被控對象有良好的動、靜態(tài)性能。從傳統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)定精度等各方來來考慮 PK ,IK ,DK 的作用如下 : (1) 比例系數(shù) PK 的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。PK 越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但易產(chǎn)生超調(diào)，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不 穩(wěn)定。 PK 取值過小，則會降低調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度變慢，從而延長調(diào)節(jié)時間，使系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)特性變壞。 (2) 積分作用系數(shù) IK 的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 IK 越大，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快，但 IK 過大，在響應(yīng)過程的初期會產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過程的較大超調(diào)。若 IK 過小，將使系統(tǒng)靜態(tài)誤差難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。 (3) 微分作用系數(shù) DK 的作用是改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，其作用主要是在響應(yīng)過程中抑制偏差向任何方向的變化，對偏差變化進(jìn)行提前預(yù)報。但 DK 過 21 大，會使響應(yīng)過程提前制動，從而延長調(diào)節(jié)時間 ，而且會降低系統(tǒng)的抗干擾性能。 PID 參數(shù)的整定必須考慮到不同時刻三個參數(shù)的作用及相互之間的關(guān)系。由傳統(tǒng)經(jīng)驗得知控制過程對參數(shù) PK ,IK ,DK 的自整定要求如下： (1) 當(dāng)偏差 e 較大時，為了加速系統(tǒng)的響應(yīng)速度，應(yīng)取較大的 PK ；為了避免由于開始時偏差 e 的瞬間變大可能出現(xiàn)的微分過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)對積分作用加以限制，通常取 IK =0，去掉積分作用。 (2) 當(dāng) e 和 ec 處于中等大小時，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。 (3) 當(dāng) e 較小即接近于設(shè)定值時，為使系統(tǒng)有良好的穩(wěn)態(tài)性能，應(yīng)增加PK 和 IK 的取值，同時為避免系統(tǒng)在設(shè)定值附近出現(xiàn)振蕩，并考慮系統(tǒng)的抗干擾性能， DK 的取值相當(dāng)重要。一般 ec 較小時， DK 取值應(yīng)該較大些 :當(dāng) ec 較大時， DK 取值應(yīng)該較小些。 (4) 偏差變化量 ec 的大小表明偏差的變化率， ec 值較大， PK 的取值越小， IK 取值越大。 根據(jù)上述 PID 參數(shù)作用以及在不同的偏差及偏差變化下對 PID 參數(shù)的要求，下面分別給出了 ?Kp， ?Ki , ?Kd 三個參數(shù)自整定的模糊控制規(guī)則表 ,如 表 23， 24， 25 所示 ： 22 圖 23 ?Kp 模糊控制規(guī)則表 圖 24 ?Ki 模糊控制規(guī)則表 23 圖 25 ?Kd模糊控制規(guī)則表 使模糊控制輸出的 模糊值轉(zhuǎn)換為明確的控制訊號， 用于系統(tǒng)的輸入 。 模糊推理是不確定性推理方法的一種，其基礎(chǔ)是模糊邏輯，推理方法 Mamdani 方法和 Sugeno 方法等，采用 Mamdani 方法推理方法進(jìn)行推理（極大極小值法 )。規(guī)則如果 Ai且 Bi , 那么的模糊關(guān)系可以表示為： ,μAi ∧ μBi∧ μCi （ 210） 其 隸屬度函數(shù) 為： μ =∨ *μA‘ ∧ ,μAi ∧ μC′+∩∨ *μB‘ ∧ ,μBi∧ μC′+ （ 211） 將以上三張模糊控制表裝入單片機(jī)控制系統(tǒng)的存儲器中，根據(jù)誤差 E 與誤差變化率 EC 查找表中相應(yīng)的值 {Ei,ECi}。 由于模糊控制器輸出是一個模糊集合，它無法對精確的模擬或數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行控制。因此，必須進(jìn)行精確化計算得出此模糊集中最有代表意義的確定值作為系統(tǒng)的輸出控制，主要方法有：最大隸屬度法、重心法、加權(quán)平均法等，本文采用 最大隸屬度法 [16]。 PID 參數(shù)的調(diào)整量的輸入值 ,也就是模糊控制表對應(yīng)的數(shù)值， 根據(jù)以上推 24 導(dǎo)方法， 可以計算出 ?Kp， ?Ki， ?Kd 的模糊控制器的查詢表。 將計算出 模糊控制表裝入單片機(jī)控制系統(tǒng)的存儲器中，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是三個參數(shù)分別給定的初值，是常量。 U(k)為本控制器最終輸出的控制量。 25 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 系統(tǒng) 的 總體框圖 系統(tǒng)工作原理， 利用熱電偶傳感器測出 烘干爐中的溫度，將 溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號， 為了檢測烘干爐的溫度情況，共有 4 路溫度傳感器 ，用以監(jiān)測爐內(nèi)各點溫度情況以及控制信號是否出現(xiàn)異常。由于溫度變化比較緩慢，利用多路開關(guān)元件分別選通 4 路電壓信號放大后通過 ADC0809 轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)化 成為 8 位數(shù)字信號 ，轉(zhuǎn)化后的信號送單片機(jī)處理， 將 其中控制信號與設(shè)定值進(jìn)行比較， 進(jìn)行模糊推理并整定 PID 控制器參數(shù)，最后輸出值經(jīng)單片機(jī)I/O 口驅(qū)動光耦， 來 調(diào)節(jié)三相電源，控制加熱部件 ， 同時，鍵盤部分可以進(jìn)行輸入設(shè)定值， LED 顯示器可以顯示當(dāng)前平均溫度。 系統(tǒng)框圖如圖 31 所示： 圖 31 系統(tǒng)總體框圖 單 片 機(jī) 系 統(tǒng)執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)光 耦被 控 對 象（ 烘 干 爐 ）溫 度 采 集信 號調(diào) 理放 大A / D轉(zhuǎn) 換L E D 顯 示 器鍵 盤外 擴(kuò) R A M電 源熱 電 偶 26 單片機(jī)的選型 AT89C52 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，AT89C52 單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。 AT89C52 的 40 條引腳按功能來分，可分為 3 部分，電源及時鐘引腳、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)驗就可以為 AT89C52 編寫程序； 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 (大于 1000次） Flash ROM，基本足夠存儲程序使用；具備 32 個雙向 I/O 口，可以外接鍵盤， LED 顯示器等外圍電路；具有 2 個串行中斷， 共 8 個中斷源，十分方便編寫中斷服務(wù)程序，擴(kuò)展程序功能，非常符合本系統(tǒng)使用。 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 熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件，是由兩種不同成分的導(dǎo)體兩端接合成回路時，當(dāng)兩接合點 熱電偶溫度不同時，就會在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流。如果熱電偶的工作端與參比端存有溫差時，顯示儀表將會指示出熱電偶產(chǎn)生的熱電勢所對應(yīng)的溫度值。熱電偶的熱電動熱將隨著測量端溫度升高而增長，它的大小只與熱電偶材料和兩端的溫度有關(guān) [17]，與熱電極的長度、直徑無關(guān)。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護(hù)管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。 從理論上講，任何兩種不同導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）都可以配制成熱電偶 ，但是作為實用的測溫元件，對它的要求是多方面的。為了保證工程技術(shù)中的可靠性，以及足夠的測量精度，并不是所有材料都能組成熱電偶，一般對熱電偶的電極材料，基本要求是：（ 1）、在測溫范圍內(nèi)，熱電性質(zhì)穩(wěn)定，不隨時間而變化，有足夠的物理化學(xué)穩(wěn)定性，不易氧化或腐蝕；（ 2）、 電阻溫度系數(shù)小，導(dǎo)電率高，比熱?。唬?3）、測溫中產(chǎn)生熱電勢要大，并且熱電勢與溫度之間呈線性或接近線性的單值函數(shù)關(guān)系；（ 4）、材料復(fù)制性好，機(jī)械強(qiáng)度高，制造工藝簡單，價格便宜。 銅 銅鎳熱電偶（ T 型熱電偶）又稱銅 康銅熱電偶，也是一種最佳的測量低溫的廉金屬的熱電偶。它的正極（ TP）是純銅，負(fù)極（ TN）為銅鎳合金，稱 之為康銅，它與鎳鉻 康銅的康銅 EN 通用，與鐵 康銅的康銅 JN 不能通用，盡管它們都叫康銅，銅 銅鎳熱電偶的蓋測量溫區(qū)為 200~350℃。 T 型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，價格便宜等優(yōu)點 ,特別在 200~350℃溫區(qū)內(nèi)使用，穩(wěn)定性更好，年穩(wěn)定性可小于177。 3μ V，經(jīng)低溫檢定可作為二等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行低溫量值傳遞。 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 。 溫度傳感器的選擇上，根據(jù)烘干爐內(nèi)部所處溫度環(huán)境，綜合考慮，本文選用了 銅 銅鎳熱電偶 ，型號為 WRC101，此傳感器為裝配型熱電偶，可以直接進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用。 28 溫度采集 電路的設(shè)計 溫度采集 電路中主要包括熱電偶和變送器組成的信號采集輸送電路，電流環(huán)接收器 RCV420 和外圍電路組成的電流電壓轉(zhuǎn)換電路，以及由 A/D 轉(zhuǎn)換器 進(jìn)行模擬量 數(shù)字量轉(zhuǎn)換 [18]。溫度采集輸入電路如圖 34 所示 ： 34 溫度采集 電路 在信號采集輸入電路中，要用到的必要部件除了熱電偶之外，還有以下XTR105Vlin12IR11IR214VReg11V+10Vin+13RG4RG3Vin2IRet6I07B9E8XTR105402RG137RZ1KRcm5KRlin1熱電偶GND12V1uFGNDQ11N4006+12V1uFI0(420mA)IN+3CT2+V16REF FB10REF O11REF IN1215RCV O14V4REFGND513RCV FBRCVGNDRCV420+5Vo(05V)圖 3