【正文】 本課題研制的溫度控制系統(tǒng)基本上滿足了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的預(yù)期要求，從模糊 PID 算法控制的效果圖中可知系統(tǒng)上升時(shí)間為 200 秒左右，外界擾動(dòng)時(shí)溫度誤差小于 5 度，系統(tǒng)溫度穩(wěn)態(tài)精度控制在 177。 通過(guò)對(duì)本課題從理論上的研究到具體實(shí)現(xiàn)，我感到自己無(wú)論在理論水平和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)上都有了很大的提高。并在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)流程中，采取各項(xiàng)措施提高溫度控制系統(tǒng)的抗干擾能力。控制系統(tǒng)的 8路輸入信號(hào)，分別對(duì)應(yīng) 8 路相互獨(dú)立的信號(hào)采集與放大電路，也是一種防止輸入信號(hào)串?dāng)_的有效措施。反之，若接地處理得不好，反而會(huì)導(dǎo)致噪聲耦合，形成嚴(yán)重干擾。這是因?yàn)樵驮g、導(dǎo)線和導(dǎo)線之間都存在著分布電容，并且對(duì)地還有一定的雜散電容，元器件本身的燥熱聲，靜電感應(yīng)等因素也會(huì)在一定的條件下造成惡劣的影響。低頻干擾在模數(shù)轉(zhuǎn)換電路或有高增益放大的系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生明顯的干擾作用。電源干擾主要分為交流干擾和直流干擾。 89C52 是一種不帶 I2C 總線接口的單片機(jī)，實(shí)驗(yàn)中采用了 89C52的并行 I/O 口，并通過(guò)軟件模擬實(shí)現(xiàn) I2C總線擴(kuò)展。 I2C 串行擴(kuò)展 電路 由于系統(tǒng)參數(shù)需要經(jīng)常修改，而且在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的一些控制參數(shù)也需要存儲(chǔ)和更新，因此需要外擴(kuò) E2PROM，這樣掉電或關(guān)機(jī)以后控制參數(shù)也不會(huì)丟失。 圖 44 通訊電路接口 由單片機(jī)串行口加上總線驅(qū)動(dòng)器 MAX485 組成的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)還必須和 PC機(jī)進(jìn)行通訊，而我們所選用的 PC 機(jī) COM1 口其電氣標(biāo)準(zhǔn)為 RS232。 B05051W為 5V 電壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換，使得輸入和輸出部分電源不共地線，提高系統(tǒng)抗干擾性能。而 RS485標(biāo)準(zhǔn)通訊網(wǎng)絡(luò)只需要兩根線進(jìn)行通訊，使用方便簡(jiǎn)單，同時(shí)能夠承受 15KV 靜電，抗干擾能力強(qiáng)，適合在工業(yè)控制的網(wǎng)絡(luò)中使用。 RS485 接口具有良好的抗噪聲干擾性，長(zhǎng)的傳輸距離和多站能力等優(yōu)點(diǎn)使其成為在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用的首選串行接口。并行數(shù)據(jù)傳輸速度快，用到的信號(hào)線多；串行通訊時(shí)只需一根（接受和發(fā)送信號(hào)用同一根線傳輸時(shí)）或兩根（接受和發(fā)送信號(hào)用兩根不同線傳輸時(shí)）信號(hào)線，硬件成本低，對(duì)于速度要求不是太高的智能終端， 一般采用串行通訊方式來(lái)設(shè)計(jì)通訊電路。在 flash 編程期間， EA 也接收 12 伏 VPP 電壓。當(dāng)AT89S52 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)， PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而 在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， PSEN 將不被激活。這一位置 “ 1”， ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時(shí)有效。在 flash 編程時(shí)，此引腳（ PROG）也用作編程輸入脈沖?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后， RST 腳輸出 96 個(gè)晶振周期的高電平。 P3口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如表 21 所示。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電 阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 此外， /計(jì)數(shù)器 2的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（ ），具體如下表所示。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。對(duì) P0端口寫“ 1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。 32mm）則電纜 長(zhǎng)度只能小于東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 控制系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn) 20 200m。實(shí)際上，圖中的曲線是很保守的，在實(shí) 用時(shí)是完全可以取得比它大的電纜長(zhǎng)度。 RS485 接口連接器采用 DB9 的9芯插頭座，與智能終端 RS485 接口采用 DB 9（孔），與鍵盤連接的鍵盤接口 RS485采用 DB9（針）。而 RS485 接口在總線上是允許連接多達(dá) 128 個(gè)收發(fā)器。 針對(duì) RS232C 的不足，于是就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標(biāo)準(zhǔn)， RS485 就是其中之一，它具有以下特點(diǎn)： ① RS485 的電氣特性：邏輯 “1” 以兩線間 的電壓差為 +（ 2— 6） V表示；邏輯 “0” 以兩線間的電壓差為 （ 2— 6） V表示。 RS485 總線資料 RS485 和 RS232C 總線的比較 由于 RS232C 接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下四點(diǎn)： 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 控制系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn) 19 （ 1） 接口的信號(hào)電平值較高，易損 壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕c TTL 電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與 TTL 電路連接。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。 Vcc：電源，單一＋ 5V。當(dāng) A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3位地址輸入線，用于選通 8路模擬輸入中的一路 ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 ⑥ 工作溫度范圍為 40～＋ 85 攝氏度 ⑦ 低功耗，約 15mW。當(dāng) LE 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作 用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mV。當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時(shí)， O0O7為正常邏輯狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。微處理器 89C52 通過(guò)開(kāi)關(guān)控制電路選通多路模擬開(kāi)關(guān)某一通道，這一通道的模擬信號(hào)則經(jīng)過(guò)信號(hào) 放大電路放大送到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，微處理器 89C52 讀取 A/D 轉(zhuǎn)換值并進(jìn)行模糊 PID 運(yùn)算，最后輸出控制信號(hào)到對(duì)應(yīng)的通道。給出了模糊 PID 控制器結(jié)構(gòu)原理、參數(shù)調(diào)整規(guī)則、軟件實(shí)現(xiàn) 流程圖以及控制算法的實(shí)際控制效果圖。 模糊 PID 控制算法中，程序軟開(kāi)關(guān) Kp1和 Kp2的選擇由偏差 e 和偏差變化率 e 的大小決定， Kp1 和 Kp2 決定著由 Δ e 和 KI??kj e0產(chǎn)生的控制量的方向，改變著控制器的控制策略，控制著系統(tǒng)的響應(yīng)速度。數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括各語(yǔ)言變量的隸屬度函數(shù)、論域標(biāo)度轉(zhuǎn)換以及模糊子集的劃分等。將模糊推理得到的模糊控制量變換為可用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際控東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 模糊控制器的設(shè)計(jì) 14 制量。將輸入的精確量轉(zhuǎn)化為模糊化量。為此，本文設(shè)計(jì)了模糊 PID控制算法，使得 PID 參數(shù)可依據(jù)偏差和偏差變化范圍在線調(diào)整，選擇最佳的控制策略，使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)的控制指標(biāo)。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 模糊控制器的設(shè)計(jì) 13 模糊 PID 控制器設(shè)計(jì) 模糊 PID 控制器 結(jié)構(gòu) 在制袋機(jī)溫控系統(tǒng)中，燙刀數(shù)量多，特性不可能完全一致，即使對(duì)于某一個(gè)溫控系統(tǒng)，由于設(shè)備運(yùn)行中負(fù)荷變化、噪聲及各種因素等干擾，也會(huì)引起對(duì)象模型參數(shù)變化較大甚至模型結(jié)構(gòu)改變。 模糊控制特點(diǎn) 模糊控制是以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量及模糊邏輯推理為理論基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制。模糊控制的核心部分為模糊控制器，如圖中虛線框中部分所示。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的研究，他又提出了用模糊語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)描述的方法，給出了模糊推理的理論基礎(chǔ)，并為模糊控制的實(shí)施提供了有效的手段。 Zadeh 正是注意到了這種對(duì)立，提出了這樣一條互克性的原理：“當(dāng)系統(tǒng)的復(fù)雜性 日 趨增長(zhǎng)時(shí)，我們給出系統(tǒng)特性的精確然而有意義的描述能力將相應(yīng)降低，直至達(dá)到這樣一個(gè)閾值，一旦超過(guò)它，精確性和有意義性將變成兩個(gè)幾乎互相排斥的特性。但是，科學(xué)的深化意味著研究對(duì)象的復(fù)雜化，復(fù)雜的東西又難于精確化。日?；顒?dòng)中，還有很多這樣的模糊現(xiàn)象或模糊概念，例如：“高個(gè)子”、“胖子”、“高速度”、“污染”、“性能良好”、“身體健康”等等。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 模糊控制器的設(shè)計(jì) 11 模糊控制理論概述 模糊控制概念 美國(guó)自動(dòng)控制理論專家 于 1965 年首先提出模糊集合和模糊控制的概念，而后又引入模糊邏輯，以表示并利用模糊的和不確定的知識(shí) [3234]。 iiB VRRVV ??? 97 公式 （ 3－ 3） 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 模糊控制器的設(shè)計(jì) 10 BBC VRR VVV ???? 1112 基 公式 （ 3－ 4） 控溫電路工作原理 89c52 通過(guò) RS485 總線和上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，來(lái)判定溫度是否過(guò)高。為避免或減少導(dǎo)線電阻對(duì)測(cè)量的影響，采用四線制接法，即熱電阻兩端各接兩根導(dǎo)線。熱敏電阻上的電壓越高，表明 測(cè)量的溫度就越高，電壓越低，測(cè)量的溫度就越低。 給熱敏電阻通以恒定的電流，可 得到電阻兩端的電壓，根據(jù)與熱敏電阻特性有關(guān)的溫度參數(shù) T0 以及特性系數(shù) k，可得下式 T＝ T0kV(t) (1) 式中 T 為被測(cè)溫度。熱敏電阻具有靈敏度較高、穩(wěn)定性強(qiáng)、互換精度高的特點(diǎn)。在單片機(jī)中對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，為進(jìn)一步提高測(cè)量精度，采樣后對(duì)信號(hào)再進(jìn)行數(shù)字濾波。 本章小結(jié) 本章對(duì)選取的幾種方案進(jìn)行對(duì)比，并闡述其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，選取較優(yōu)的模糊 PID 控制做為方法 。 3. 基于模型的控制算法及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，由于出發(fā)點(diǎn)和性能指標(biāo)的不同，容易導(dǎo)致較大差異，但一個(gè)系統(tǒng)語(yǔ)言控制規(guī)則卻具有相對(duì)的獨(dú)立性，控制效果優(yōu)于常規(guī)控制方法。它具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)： 1. 模糊控制是基于規(guī)則的控制，模糊邏輯是由許多相互獨(dú)立的規(guī)則組成，它的輸出是各條規(guī)則的合并結(jié)果，因而即使一條規(guī)則出問(wèn)題，其他規(guī)則經(jīng)?？蓪?duì)它進(jìn)行補(bǔ)償，獲得較好的控制效果。因此，對(duì)本溫控系統(tǒng)用定量數(shù)學(xué)方法實(shí)施控制有其局限性。而常規(guī) PID 控制不能滿足這一要求。因此在控制理 論和技術(shù)飛躍發(fā)展的今天，它在工業(yè)控制領(lǐng)域仍具有強(qiáng)大的生命力，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中是最普遍采用的控制方法。通過(guò)總線結(jié)構(gòu)，進(jìn)行級(jí)聯(lián)配置，能夠最大限度地利用資源，達(dá)到多點(diǎn)（級(jí)聯(lián)數(shù) N*48 點(diǎn)）控制目的。 微處理器的飛速發(fā)展不僅帶來(lái)了功能上的不斷強(qiáng)大，而且價(jià)格上越來(lái)越便宜。 模擬電路主要由放大器、加法器、電容、電阻等元器件組成。對(duì)比這幾種控制方式： 使用可編程控制器 PLC 設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)可靠性高，編程簡(jiǎn)單，調(diào)試、維護(hù)方便。 ℃以內(nèi)（控溫范圍： 50℃ 250℃）。 本章小結(jié) 本章首先介紹了課題來(lái)源和背景、課題研究的目的和意義，并對(duì)溫度控制方法進(jìn)行了綜述，最后對(duì)論文所完成的具體工作做了一個(gè)簡(jiǎn)要的介紹。電路原理圖設(shè)計(jì)完成后，繪制印刷電路板、制板等具體工作。論文中詳細(xì)分析了燙刀受熱溫度變化特性，根據(jù)其大慣性、純滯后、結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)變的特點(diǎn)，選用模糊 PID 控制算法，該控制器的控制參數(shù)可在線調(diào)整。 （ 1）總體原理設(shè)計(jì)的內(nèi)容有：確定系統(tǒng)功能，選擇傳感器及設(shè)計(jì)控制算法。對(duì)于燙刀溫度控制系統(tǒng)，課題的設(shè)計(jì)要求包括： 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 3 1）利用單片機(jī) 89C52 滿足溫控系統(tǒng)的控制要求； 2）建立溫度控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)； 3）建立模糊控制系統(tǒng)； 技術(shù)難點(diǎn) 溫度數(shù)據(jù)采集 。 課題設(shè)計(jì)要求及本文主要完成的工作 設(shè)計(jì)擬達(dá)到的主要目標(biāo) 1）能實(shí)現(xiàn)制袋機(jī)的多路溫度控制 2）控溫范圍： 500C~2500C控溫精度達(dá)到177。各類模糊控制器也非常多 , 模糊控制器的研究一直是控制界研究的熱點(diǎn)問(wèn)題 , 而關(guān)于模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析則是模糊控制需要研究和解決的基本問(wèn)題 [78]。燙封溫度穩(wěn)定與否直接關(guān)系到制袋質(zhì)量和制袋的成品率。其控制目標(biāo)為定位精確、張力平滑、溫度穩(wěn)定等。 包裝印刷生產(chǎn)線主要由印刷、復(fù)合、分切、制袋等四個(gè)主要設(shè)備組成?！?. Key words： thermistor。 關(guān)鍵詞 ： 熱敏電阻 。由于控 制方法多種多樣，本設(shè)計(jì)采用 PID 控制。本次設(shè)計(jì)的目的在于學(xué)習(xí)與了解單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基本流程。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理與控制單元，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，單片機(jī)控制熱敏電阻，把溫度信號(hào)通過(guò)放大電路從數(shù)字溫度傳感器傳遞到單片機(jī)上。 塑料薄膜是一種對(duì)溫度非常敏感的材料，要求燙封溫度誤差小于177。 PID 控制 。 PID Control。制袋過(guò)程是包裝 生產(chǎn)線的最后一道工序，該工序涉及定長(zhǎng)、定位、燙封、牽引和裁切等諸多工藝環(huán)節(jié)與參數(shù)的相互協(xié)調(diào)控制。燙封溫度控制技術(shù)作為制袋機(jī)系統(tǒng)研究的一部分，對(duì)最終的制袋質(zhì)量有著重要的影響。 課題研究目的和意義 薄膜經(jīng)過(guò)放料處理、燙壓成形，然后分切制袋的工藝流程與控制系統(tǒng)的組成框圖。目前已經(jīng)出現(xiàn)了為實(shí)現(xiàn)模糊控制功能的各種集成電路芯片。 ； 3）溫度控制系統(tǒng)必須采用模糊控制； 設(shè)計(jì)具體任務(wù) 1) 總體方案設(shè)計(jì) 2) 溫控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，測(cè)溫實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件組成 3) 溫度控制系統(tǒng)的建模及模糊控制系統(tǒng) 4) 元器件、芯片的選擇及參數(shù)計(jì)算 5) 控制程序設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 制袋機(jī)工藝流程包括定長(zhǎng)、定 位、燙封、牽引和裁切等工序，其中每一道工序都會(huì)影響制袋效率和制袋質(zhì)量