【正文】 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 開 始設(shè) 置 基 本 論 域 及 初 值 ： 誤 差 變 化 率 e c : [ x e c , X e c ]誤 差 e ： [ x e , x e c ] 控 制 量 u : [ x e , x e ]采 樣 ?計(jì) 算 e ( k ) e c ( k )e ( k ) e c ( k ) 模 糊 化 處 理查 表 — Δ k p , Δ k i , Δ k d計(jì) 算 Δ k p , Δ k i , Δ k dP I D 運(yùn) 算 得 到 控 制 量 u ( k )返 回
。 規(guī)定 對(duì)溫度誤差 e 和溫度誤差變化率 △ e 超過 100℃ ．變換后的 e 和 △ e其動(dòng)態(tài)范圍限幅壓縮，這樣就可以使溫度誤差和溫度誤差變化率 △ e在整個(gè)測(cè)控溫度變化范圍 [0℃ ， 1 112℃ ]內(nèi) ,控制量都可以起到作用。 具體流程圖如圖52 所示： 斷 點(diǎn) 保 護(hù)指 針 初 值 設(shè) 置接 受 數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn) 換 結(jié) 果 保 存轉(zhuǎn) 換NY 數(shù) 據(jù) 都 轉(zhuǎn)換 完 ？開 始返 回 圖 5— 2 D/ A轉(zhuǎn)換 子程序流程圖 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 流程 開 始清 除 命 令 8 2 7 9讀 8 2 7 9 狀 態(tài)方 式 命 令 8 2 7 9允 許 8 2 7 9 中 斷返 回D U = 1 ？YN時(shí) 鐘 編 程 命 令 8 2 7 9開 始寫 顯 示 R A M 命 令 8 2 7 9顯 示 緩 沖 器 地 址 R 0 長(zhǎng) 度 R 7顯 示 數(shù) 據(jù) 斷 碼 8 2 7 9 顯 示R A M（ R 0 ） + 1 R 0（ R 7 ） 1 = 0 ?返 回NY開 始保 護(hù) 現(xiàn) 場(chǎng)F I F O 中 有 數(shù) 據(jù) 嗎 ？讀 F I F O 命 令 8 2 7 9讀 F I F O計(jì) 算 鍵 號(hào) 緩 沖 器恢 復(fù) 現(xiàn) 場(chǎng)返 回NY 圖 52 鍵盤顯示子程序 PID 控制流程設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 首先模糊整定，然后根據(jù)誤差和誤差變化率對(duì) PID的 3個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整，把經(jīng)過模糊調(diào)整后的 PID 參數(shù)作為最終的控制參數(shù)進(jìn)行 PID 控制。當(dāng)輸入一次完整的A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果后，單片機(jī)通過查詢?cè)摌?biāo)志位的狀態(tài)，再將結(jié)果數(shù)據(jù)送到 8155 的片內(nèi) RAM 單元中。為了保證讀出數(shù)據(jù)的完整性，單片機(jī) 80C51只對(duì)最高位的中斷請(qǐng)求 做出 相應(yīng)，低位數(shù)據(jù)的輸入則采用查詢的方法。因此，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)很大程度上是軟件設(shè)計(jì)。 表 47 ΔK P的模糊控制表 EC 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 ΔKP E 6 3 2 3 2 3 3 3 1 1 1 0 0 0 5 2 2 3 2 3 2 3 1 1 1 0 0 0 4 3 2 3 2 3 3 3 1 1 1 0 0 0 3 3 3 2 2 2 3 3 1 1 0 1 1 1 2 2 2 3 2 2 1 1 1 0 0 1 1 1 1 2 2 3 2 1 1 1 0 0 0 2 1 1 0 2 2 3 2 1 1 0 1 1 1 2 2 2 1 1 1 1 1 0 0 2 2 2 1 1 2 2 2 1 1 1 1 0 1 2 2 2 1 2 2 2 3 0 0 0 0 1 2 2 3 3 3 2 3 3 4 0 0 0 1 2 2 3 3 3 2 3 2 3 5 0 0 0 1 2 2 3 2 2 2 3 2 3 6 0 0 0 1 2 2 3 3 3 2 3 2 3 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 表 48 ΔK i的模糊控制表 EC 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 ΔKi E 6 3 2 3 2 3 3 3 1 1 1 0 0 0 5 2 2 3 2 3 2 3 1 1 1 0 0 0 4 3 2 3 2 3 3 3 1 1 1 0 0 0 3 3 3 2 2 2 3 3 1 1 0 1 1 1 2 2 2 3 2 2 1 1 1 0 0 1 1 1 1 2 2 3 2 1 1 1 0 0 0 2 1 1 0 2 2 3 2 1 1 0 1 1 1 2 2 2 1 1 1 1 1 0 0 2 2 2 1 1 2 2 2 1 1 1 1 0 1 2 2 2 1 2 2 2 3 0 0 0 0 1 2 2 3 3 3 2 3 3 4 0 0 0 1 2 2 3 3 3 2 3 2 3 5 0 0 0 1 2 2 3 2 2 2 3 2 3 6 0 0 0 1 2 2 3 3 3 2 3 2 3 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 第 5 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 硬件電路確定之后，系統(tǒng)的主要功能將依賴于軟件來實(shí)現(xiàn)。該設(shè)計(jì) pK? 和 iK? 的模糊控制表見表 4 48。 本設(shè)計(jì)選用最大隸屬度方法來解模糊。當(dāng)選擇 ? ?iui uk ?? 時(shí)，式 (48)與式 (49)相同。 (3) 加權(quán)平均判決方法。 (2) 取中位數(shù)方法。對(duì)于隸屬程度較小的點(diǎn)的控制作用沒有考慮，利用的信息量少。若對(duì)應(yīng)的模糊判決的模糊子集為~1U,則取該模糊子集中隸屬度最大的那個(gè)元素 maxU 作為控制量。解模糊有三種方法： (1) 最大隸屬度方法。相關(guān)數(shù)據(jù)可參照下表： 表 43 模糊變量 E的賦值表 e 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 U E PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 PM 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 PS 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 ZO 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 NS 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 NM 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 NB 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 表 44 模糊變量 EC的賦值表 ec 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 181。 其中 NB表示實(shí)際爐溫比給定爐溫很高， NM 表示實(shí)際爐溫比給定爐溫高， NS 表示實(shí)爐溫比給定爐溫有點(diǎn)高， ZE 表示實(shí)際爐溫于給定爐溫相等， PS 表示實(shí)際爐溫比給爐溫有點(diǎn)低， PM 表示實(shí)際爐溫比給定爐溫低， PB 實(shí)際爐溫比給定爐溫很低。 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 我們可以在控制起始階段，適當(dāng)?shù)陌裵K放在較小的檔次，以減少各物理量初始化的沖擊，在過程中期，適當(dāng)加上pK?，以提高快速性和動(dòng)態(tài)精度，而當(dāng)過渡后期，又將pK調(diào)小，使系統(tǒng)超調(diào)減少，提高靜態(tài)穩(wěn)定性。 根據(jù)本設(shè)計(jì)溫控系統(tǒng)參數(shù)整定原則可知，此模糊控制器是以 e、 ec 為輸入，以 PID 參數(shù)調(diào)節(jié)量 pK? 、 iK? 作為輸出的兩輸入兩輸出模糊控制器由對(duì) pK 、 iK的調(diào)節(jié)規(guī)律，形成控制規(guī)則，歸納如下相應(yīng)的參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)則，其模糊控制表分別如表 41， 42所示 ： 表 41 KP的控制規(guī)則調(diào)整表 EC PB PM PS ZO NS NM NB ΔKP E PB NB NB NM NM NM ZO ZO PM NB NM NM NM NS ZO PS PS NM NM NS NS ZO PS PS ZO NM NM NS ZO PS PM PM NS NS NS ZO PS PM PM PM NM ZS ZO PS PS PM PB PB NB ZO ZO PS PM PM PB PB 表 42 Ki的控制規(guī)則調(diào)整表 EC PB PM PS ZO NS NM NB ΔKi E PB PB PB PM PM PS ZO ZO PM PB PB PM PS PS ZO ZO PS PB PM PS PS ZO NS NM ZO PM PM PS ZO NS NM NM NS PS PS ZO NS NS NM NB NM ZO ZO NS NS NM NB NB NB ZO ZO NS NM NM NB NB pK 的控制器 PID 控制器中，比例增量 pK 增大，可以加快響應(yīng)速度，減少系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但是 pK 過大會(huì)使得系統(tǒng)產(chǎn)生超調(diào)，甚至導(dǎo)致不穩(wěn)定，反之減少 pK ，能使得系統(tǒng)穩(wěn)定于都增大，減少超調(diào)量，但卻降低了系統(tǒng)精度，使得過渡過程時(shí)間延長(zhǎng)。iK 是 pK 、 iK 的初始參數(shù)，它常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 們通過常規(guī)方法得到。 定義 pK 和 iK 調(diào)整算式如下： ? ? ppppp KKKECEKK ??????? , （ 45） ? ? iiiii KKKECEKK ??????? , （ 46） 式中， pK 和 iK 是 PID 控制器的參數(shù)， 39。 控制對(duì)象數(shù)據(jù)采集模 糊 控 制 規(guī) 則 A模 糊 控 制 規(guī) 則 B模 糊 控 制 規(guī) 則 C計(jì) 算)( kec?計(jì) 算 )( ke? *iii kkk ??? *ddd kkk ???*ppp kkk ???執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)P I Dpkikdk計(jì) 算)( ke圖 46 模糊 PID原理框圖 本系統(tǒng) PID 控制器 ： ))2()1(2)(()())1()(()1()( ??????????? kekekekkekkekekkuku dip （ 44） 其中 )(ku 為當(dāng)前時(shí)刻的控制量， )1( ?ku 為上一時(shí)刻的控制量， )(ke 為當(dāng)前時(shí)刻的給定量和檢測(cè)量的偏差， )1( ?ke 為上一時(shí)刻的偏差， )2( ?ke 為兩個(gè)時(shí)刻前的偏差。當(dāng)偏差值較大時(shí)采用模糊控制，依據(jù)偏差和偏差變化率的不同，選取相應(yīng)的模糊控制規(guī)則找出最合適的控制；當(dāng)偏差值小于該切換值 時(shí)，采用 PID 控制方式，以減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 模糊 PID 復(fù)合控制算法設(shè)計(jì) 本 設(shè)計(jì) 提出了模糊 PID 復(fù)合控制算法用于爐溫控制系統(tǒng)之中。 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 需要指出， PID 控制器的參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響通常并不 十分敏感，因而參數(shù)整定的結(jié)果可以不唯一。在整定時(shí)，先將微分時(shí)間常數(shù)設(shè)定為零，再逐步增加 dK 并同時(shí)進(jìn)行前面①、②兩步的調(diào)整。這一步驟可反復(fù)進(jìn)行，即根據(jù)響應(yīng)曲線的好壞反復(fù)改變比例系數(shù)與積分時(shí)間常數(shù)，以期得到滿意的結(jié)果。 ② 若在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差太大，則必須加入積分環(huán)節(jié)。 ① 首先只確定比例系數(shù)，將 pK 由小變大，使系統(tǒng)響應(yīng)曲線略有超調(diào)。 試湊法是通過計(jì)算機(jī)仿真或?qū)嶋H運(yùn)行，觀察系統(tǒng)對(duì)典型輸入作用的響應(yīng)曲線，根據(jù)各調(diào)節(jié)參數(shù)（ dip KKK , ）對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的影響，反復(fù)調(diào)節(jié)試湊，直到滿意為止，從而確定 PID 參數(shù)。經(jīng)驗(yàn)法可以說是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)試湊的方法，它首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置一組調(diào)節(jié)器參數(shù)，然后將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，待系統(tǒng)穩(wěn)定后作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過程；如果過渡過程不令人滿意，則修改調(diào)節(jié)器參數(shù)，再作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過程；反復(fù)上述試驗(yàn)，直到調(diào)節(jié)過程滿意為止。 （ 4） 經(jīng)驗(yàn)法 如果調(diào)節(jié)系統(tǒng)在運(yùn)行中經(jīng)常受到擾動(dòng)影響，那么要得到閉環(huán)系統(tǒng)確切的階躍響應(yīng)曲線就很困難，因此臨界比例法和衰減曲線法都不能得到滿意的結(jié)果。可以看出臨界比例帶法無需知道對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行參數(shù)整定。 （ 2） 臨界比例帶法 臨界比例帶法又稱邊界穩(wěn)定法， 其要點(diǎn)是將調(diào)節(jié)器設(shè)置成純比例作用，將系統(tǒng)投入自動(dòng)運(yùn)行并將比例帶由大到小改變，直到系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩為止。其中 D(s)表示控制器， G(s)表示廣義對(duì)象。將測(cè)量值與期望值相比較， 并用這個(gè)誤差來調(diào)節(jié)控制器 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。 Ec 偏差變化速度。 ()yt 被調(diào)整量 。 iK 積分系數(shù) 。 e , E 偏差 。.E 偏差模糊量 。圖 44所示 是一個(gè) 模糊自適應(yīng) PID控制 器 的結(jié)構(gòu)圖。 通常的二維模糊控制器都是以誤差 ()et 和誤差變化 ()ect 作為輸入，而實(shí)際控制系統(tǒng)在過渡過 程中，不同時(shí)域所要求的性能指標(biāo)的重點(diǎn)是不同的。 K 1S K 2模 糊