【正文】 ①設計了低寄生電勢的多路通道切換裝置。主要有： (1)用冷端電阻取代恒溫槽 (或冰點槽 )，實現(xiàn)熱電偶檢定的冷端溫度自動補償，節(jié)約了系統(tǒng)成本 (2)設計了高分辨率、多通道測量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)了熱電阻信號和熱電偶信號的同時采集。檢定系統(tǒng)在技術(shù)要求和性能指標等方面基本符合國家熱電偶檢定規(guī)程，實現(xiàn)了熱電偶的溫標量值傳遞的自動化。 模糊自適應 PID控制算法的軟件實現(xiàn) 控制算法的軟件實現(xiàn)流程圖如圖 。第一次，用測得的電阻值去查 Ptl00熱電阻的分度表，得到冷端溫度；第二次，用冷端溫度值去查相應熱電偶的分度表，得到冷端補償電 勢，與直接檢測到的熱電偶電勢相加，進行冷端補償；第三次，用經(jīng)過冷端補償之后的熱電勢，去查熱電偶分度表，得到熱電偶實際檢測的溫度值。 在本系統(tǒng)中，采取直接查分度表的方法。如果爐溫已經(jīng)穩(wěn)定， 則開始檢定，計算機依次導通多路開關(guān)中各通道，同時向測量儀福祿克 FLUCK289發(fā)讀數(shù)信號，測量儀依次讀取冷端電阻阻值、各熱電偶熱電動勢，并送入計算機，計算機再對結(jié)果進行處理、轉(zhuǎn)換，保存在計算機中。 (3)升溫 當各熱電偶連線正確無誤后，系統(tǒng)開始按照輸入的檢定曲線升溫，同時周期性地 38 讀取程控調(diào)節(jié)儀檢測到的爐溫實時溫度，送顯示器顯示。整個檢定過程按以下步驟自動進行： 37 圖 熱電偶檢定過程控制流程圖 (1)檢定參數(shù)輸入 輸入的參數(shù)包括：檢定點溫度值、日期、被檢熱電偶類型 、支數(shù)、檢定曲線、初始 PID參數(shù)、上下限幅、標準熱電偶修正值。 (5)系統(tǒng)管理模塊 該模塊完成系統(tǒng)管理上的一些工作，包括使用者權(quán)限設置、檢定證書的打印、歷史數(shù)據(jù)查詢、各類型熱電偶和鉑電阻分度表的管理等 ［ 16］ 。 (3)數(shù)據(jù)處理模塊 36 該模塊完成熱電勢與溫度之間、鉑電阻阻值與溫度之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，冷端補償以及檢定結(jié)果計算等功能。包括檢定參數(shù)的輸入，檢定過程中爐溫、開關(guān)狀態(tài)、報警狀態(tài)、實時溫度 曲線等的動態(tài)顯示，數(shù)據(jù)記錄 ［ 15］ 。 表 △ KP模糊查詢表 ec 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 e 6 6 6 6 5 4 4 4 3 3 2 0 0 0 5 6 6 6 5 4 3 3 3 3 2 0 1 1 4 6 6 6 5 4 3 3 3 3 2 0 1 2 3 5 5 5 5 4 3 3 2 2 0 1 1 2 2 4 4 4 4 4 3 3 2 0 1 2 2 2 1 4 4 4 3 3 2 2 0 1 1 3 3 3 0 4 4 4 3 3 2 0 1 2 3 3 3 3 1 3 3 3 2 2 0 1 1 2 3 3 3 3 2 3 3 3 2 0 1 2 2 2 3 3 3 3 3 3 2 2 0 1 1 3 3 3 3 3 4 4 4 3 2 0 1 2 3 3 3 3 3 3 4 6 5 2 2 0 1 3 3 3 3 3 4 4 4 5 6 0 0 0 1 3 3 3 3 3 4 6 5 6 表 △ KI模糊查詢表 ec 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 e 6 6 5 6 4 3 3 3 3 2 1 0 0 0 33 5 5 5 5 4 3 3 3 3 2 1 0 0 0 4 6 5 6 4 3 3 2 2 2 1 0 0 0 3 5 4 4 3 3 3 2 1 1 0 2 2 2 2 6 4 3 3 2 2 2 1 0 2 3 3 3 1 4 4 3 3 2 1 1 0 2 2 3 3 3 0 3 3 3 3 2 1 0 2 3 3 4 4 4 1 3 3 3 1 1 0 2 2 3 3 4 5 5 2 3 3 2 1 0 2 3 3 3 3 4 5 6 3 1 1 1 0 2 2 3 3 3 4 5 5 6 4 0 0 0 2 3 3 3 3 4 5 6 6 6 5 0 0 0 2 3 3 3 3 4 5 6 6 6 6 0 0 0 2 3 3 4 4 4 5 6 6 6 表 △ KD模糊查詢表 ec 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 e 6 3 0 2 3 6 5 6 5 6 4 3 0 3 5 3 0 2 3 5 4 4 4 4 3 3 0 2 4 3 0 2 3 6 4 3 3 3 3 2 1 0 3 2 0 2 3 4 4 3 3 3 3 2 1 0 2 0 1 2 3 3 3 3 3 2 2 2 1 0 1 0 1 2 3 3 3 3 3 2 2 2 1 0 0 0 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 0 34 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 2 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 3 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 4 6 1 2 0 3 3 3 3 3 3 3 4 6 5 6 2 1 2 3 3 3 3 3 3 3 4 6 6 6 5 4 4 4 4 4 3 3 3 3 4 6 將以上三張模糊控制表裝入單片機控制系統(tǒng)的存儲器中，根據(jù)誤差 E與誤差變化率 EC查找表中相應的值 {Ei， ECi)，將這些參數(shù)代入 PID控制器的位置型公式可以得到公式： piipp ECEKK },{?? diidd ECEKK },{?? iiiii ECEKK },{?? )]1()([)()()( 0 ????? ?? kEkEKjEKkEKkU dkjiP （ ） 35 第 5 章 工業(yè)熱電偶自動檢定系統(tǒng)的軟件設計 軟件系統(tǒng)組成 本系統(tǒng)軟件采用模塊化的設計方法，圖 。 按以上方法計算出在不同的偏差和偏差變化率時， PID參數(shù)的調(diào)整量的輸入值， 32 也就是模糊控制表對應的數(shù)值，由此可以計算出△ KP的模糊控制器的查詢表。 CBiBCAiA ??????? ??????? ? （ ） 幾何意義為：分別在不同的規(guī)則中 ，用各自推理前件的總隸屬度，去切割本推理規(guī)則中后件的隸屬度函數(shù)，以得到輸出結(jié)果，最后對所有的結(jié)論進行模糊邏輯和，即并運算，得到總的推理結(jié)果 (前件選最小值 )。39。 iiii CA N D BAA N D BAC ?? ? 可以寫成 )]()([ iiii CBBCAA ?? ??? 其隸屬度函數(shù)為： ]}[{]}[{ 39。39。39。111139。339。由此推理結(jié)果為： 39。 模糊推理及解模糊化 模糊推理是不確定性推理方法的一種，其基礎是模糊邏輯，推理方法有 Zadeh方法、 Mamdani方法和 Baldwin方法等，采用 Mamdani方法推理方法進行推理 (極大極小值法 )。一般 |ec|較小時， KD取值較大些；當 |ec|較大時， KD取值應該較小些。 (2)當 |e|和 |ec|處于中等大小時，為了使系統(tǒng)響應具有較小的超調(diào) ,KP應取小一些， KI取值適當， KD的取值對系統(tǒng)影響較大，取值適中，以保證系統(tǒng)的響應速度。 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。 (3)微分作用系數(shù) KD的作用是改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，其作用主要是在響應過程中抑制偏差向任何方向的變化，對偏差變化進行提前預報。 KI越大，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快，但 KI過大，在響應過程的初期會產(chǎn)生積分 飽和現(xiàn)象，從而引起響應過程的較大超調(diào)。KP取值過小，則會降低調(diào)節(jié)精度，使響應速度變慢，從而延長調(diào)節(jié)時間，使系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)特性變壞。從 30 傳統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應速度、超調(diào)量和穩(wěn)定精度等各方來來考慮 KP、 KI、 KD的作用如下： (1)比例系數(shù) KP的作用是加快系統(tǒng)的響應速度，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。 表 模糊化結(jié)果 變量 e ec △ kP △ k1 △ kd 語言變量 E EC △ KP △ K1 △ KD 基本論域 [5 5] [1 1] [ ] [ ] [ ] 模糊子集 模糊論域 [6 6] [6 6] [6 6] [6 6] [6 6] 量化 /比例因子 6/5= 6/1=6 檢 定 爐P I D 控 制 器d e / d t模 糊 控 制 器CR +ee c 圖 模糊 PID參數(shù)自整定控制器的結(jié)構(gòu) 選擇各變量的隸屬度函數(shù)為均勻三角函數(shù)，這根據(jù)表 如圖 。系統(tǒng)的輸入量是設定的溫度值，所以這里選擇模糊輸入接口模糊控制器輸出接口執(zhí)行機構(gòu)被控對象檢測裝置 r （ t ）+c ( t ) 28 控制器的輸入量為溫度的偏差 e和偏差變化率 ec，輸出量為 PID參數(shù)的修正量△ KP、△Ki、△ Kd。 模糊推理決策解模糊（模糊判決）模糊化過程實際輸入（量化 因子）實際輸出（比例因子）數(shù) 據(jù) 庫 規(guī) 則 庫 圖 模糊控制器功能模塊 模糊控制器由模糊化模塊、數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫構(gòu)成的知識庫、模糊推理模塊和解模糊模塊組成 ［ 12］ 。 27 圖 模糊控制系統(tǒng)組成原理框圖 模糊控制器又稱為模糊邏輯控制器，它的模糊控制規(guī)則用模糊條件語句來描述，是一種語言型控制器，因此有時又被稱為模糊語言控制器 ［ 11］ 。過程輸入輸出通道一般指模／數(shù) (A／ D)、數(shù)／模 (D／ A)轉(zhuǎn)換單元和接口部件，電平轉(zhuǎn)換裝置及多路開關(guān)等。 模糊控制系統(tǒng)是由被控對象、執(zhí)行機構(gòu)、過程輸入輸出通道、檢測裝置、模糊控制器等幾部分組成。在式()中，令△ e(k)=e(k)e(k1)，則有 26 ])()()([)(0?????? ki dip TkeTieTTkeKku （ ） 在式 ()中，令 Ki=Kp/Ti， Kd=KpKd，則有 T keTieTkkeKkuki diP)()()()(0???? ?? （ ） 為了避免在求取控制量 u(t)時對偏差求和運算，在實際應用中通常采用增量式： △ u(k)=u(k)一 u(k1) () 由于 )1()()1()1(10 ??????? ??? keTTieTkkeKku kidiP () 并且 △ e(k)=e(k)e(k1) △ e(k1)=e(k1)e(k2) 所以有 )2()1(2)([)()]1()([)( ?????????? kekekeTKkTeKkekeKku diP （ ） 模糊控制 摸糊控制系統(tǒng)是采用計算機控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有反饋通道的閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)字模糊控制系統(tǒng)。常規(guī)的 PID控制系統(tǒng)框圖如圖 ： 比 例積 分微 分被 控 對 象r （ t ） +e ( t )_++U ( t )+E ( ) 圖 PID控制系統(tǒng)的原理框圖 PID的數(shù)學模型可用下式表示： ])()(1)([)( 0 dt tdeTdtteTteKtut diP ? ??? （ ） 其中： u(t)一控制器的輸出 e(t)一控制器的輸入，它是給定值和被控對象輸出值的差，稱偏差信號 KP一控