【正文】 （數(shù)據(jù)和程序）?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。它提供以下標準功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。本次設(shè)計選用的是AT89C51，是MCS51單片機系列的一種。 單片機的選擇微型計算機是指由微處理器加上采用大規(guī)模集成電路制成的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，以及輸入輸出設(shè)備相連接的I/O接口電路，微型計算機簡稱MC?；趩纹瑱C的模糊PID控制器的運行原理：電源輸出5伏的電壓給各個芯片，使其獲得穩(wěn)定的電壓值。由于沒有指定被控對象，被控變量、控制部分、測量反饋以及被控變量的設(shè)定值不能確定，所以在具體控制中具體選擇這些變量和儀器。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負反饋，若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負反饋( Negative Feedback)，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負反饋，又稱負反饋控制系統(tǒng)。只有TD合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時間。微分控制TD對系統(tǒng)性能的影響：微分作用可以改善動態(tài)特性，TD偏大時，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時間較短。這個D參數(shù)也是PID被稱為可預測的控制器的原因。這個導數(shù)的控制會對系統(tǒng)的改變做出反應。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。積分控制TI對系統(tǒng)性能的影響：積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，TI?。ǚe分作用強）會使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。通過加上一個負的平均誤差比例值，平均的系統(tǒng)誤差值就會總是減少。I從過去的平均誤差值來找到系統(tǒng)的輸出結(jié)果和預定值的平均誤差。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steadystate Error）。如果Kp的符號選擇不當對象狀態(tài)(pv值)就會離控制目標的狀態(tài)(sv值)越來越遠，如果出現(xiàn)這樣的情況Kp的符號就一定要取反。Kp太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢。Kp偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時間加長。這種控制器輸出的變化與輸入控制器的偏差成比例關(guān)系。比例來控制當前，誤差值和一個負常數(shù)P（表示比例）相乘，然后和預定的值相加。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。或： （29） 公式中，其中、分別為控制器的比例、積分、微分系數(shù)。積分器雖然能消除靜差，但使系統(tǒng)響應速度變慢。通常情況下Kd為中等大小。Kd值的選擇根據(jù)|Ec|值來確定。在這種情況下，Kd的取值對系統(tǒng)響應影響較大，Ki的取值要適當。根據(jù)系統(tǒng)在受控過程中對應不同的E和Ec，將PID參數(shù)的整定原則歸納如下：①當|E|較大時，說明誤差的絕對值較大，Kp應取較大值，以提高響應的快速性；而為防止|Ec|瞬時過大，Kd應該取較小的值；同時為避免出現(xiàn)較大的超調(diào)，應對積分作用加以限制，通常取Ki=0。 ECKdENBNMNSOPSPMPBNBPSNSNBNBNBNMPSNMPSNSNBNMNMNSONSONSNMNMNSNSOOONSNSNSNSNSOPSOOOOOOOPMPBPSPSPSPSPSPBPBPBPMPMPMPSPSPB表26 Kd控制規(guī)則根據(jù)模糊規(guī)則表在線修正PID參數(shù)，計算公式如下：Kp=K′p+△Kp；Ki=K′i+△Ki；Kd=K′d+△Kd：其中Kp、Ki、Kd為原先定好的初始PID參數(shù)。根據(jù)實際過程經(jīng)驗，在調(diào)節(jié)初期，應加大微分作用，這樣可得到較小甚至避免超調(diào)；而在中期，由于調(diào)節(jié)特性對Kd值的變化比較敏感，因此，Kd值應適當小一些并應保持固定不變；然后在調(diào)節(jié)后期，Kd值應減小，以減小被控過程的制動作用，進而補償在調(diào)節(jié)過程初期由于Kd值較大所造成的調(diào)節(jié)過程的時間延長。因此，Kd值的選取對調(diào)節(jié)動態(tài)特性影響很大。 ECKiENBNMNSOPSPMPBNBNBNBNMNMNSOONMNBNBNMNSNSOONSNBNMNSNSOPSPSONMNMNSOPSPMPMPSNMNSOPSPSPMPBPMOOPSNMPMPBPBPBOOPSPMPMPBPB表25 Ki模糊控制表③ Kd控制規(guī)則設(shè)計 微分環(huán)節(jié)的調(diào)整主要是針對大慣性過程引入的，微分環(huán)節(jié)系數(shù)的作用在于改變系統(tǒng)的動態(tài)特性。因此，在調(diào)節(jié)過程的初期，為防止積分飽和，其積分作用應當弱一些，甚至可以取零；而在調(diào)節(jié)中期，為了避免影響穩(wěn)定性，其積分作用應該比較適中；最后在過程的后期，則應增強積分作用，以減小調(diào)節(jié)靜差。ECKpENBNMNSOPSPMPBNBPBPBPBPBPMPSONMPBPBPBPBPMOONSPMPMPMPMOPSNSOPMPMPSONSNSNMPSPSPSONSNMNMNMPMPSONSNMNMNMNBPBOONMNMNMNBNB表24 Kp的控制規(guī)則② Ki控制規(guī)則設(shè)計在系統(tǒng)控制中，積分控制主要是用來消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。因此，調(diào)節(jié)初期應適當取較大的Kp值以提高響應速度，而在調(diào)節(jié)中期，Kp則取較小值，以使系統(tǒng)具有較小的超調(diào)并保證一定的響應速度；而在調(diào)節(jié)過程后期再將Kp值調(diào)到較大值來減小靜差，提高控制精度。①Kp控制規(guī)則設(shè)計在PID控制器中，Kp值的選取決定于系統(tǒng)的響應速度。輸入各個語言值的定義分別由高斯形隸屬函數(shù)曲線來描述。利用模糊規(guī)則在線對PID參數(shù)進行修改，便構(gòu)成了自適應模糊PID控制器，其結(jié)構(gòu)框圖如圖23所示圖23 自適應模糊PID控制器結(jié)構(gòu)框圖PID糊自整定是找出PID參數(shù)(KP、KI、KD）與e和ec之間的模糊關(guān)系，在運行中通過不斷檢測e和ec，根據(jù)模糊控制原理對3個參數(shù)進行在線修改，以滿足不同e和ec對控制參數(shù)的不同要求，從而使對象具有良好的動、靜態(tài)性能，模糊控制的核心是總結(jié)工程設(shè)計人員的技術(shù)和實際操作經(jīng)驗，建立合適的模糊規(guī)則表，得到針對3個參數(shù)KP 、KI、KD,分別整定的模糊規(guī)則表。仿真結(jié)果表明，該設(shè)計方法使控制系統(tǒng)的性能明顯改善。模糊控制規(guī)則一般具有如下形式: If{ e = Ai and ec = Bi}then u= Ci ,i=1,2…,其中e,ec和u分別為誤差變化和控制量的語言變量，而Ai、Bi、Ci為其相應論域上的語言值。模糊控制表是模糊控制算法在計算機中的表達方式，它是根據(jù)輸入輸出的個數(shù)、隸屬函數(shù)及控制規(guī)則等決定的。KP 、KI、 KD與系統(tǒng)時間域性能指標之間的關(guān)系如表22所示。(3)微分作用系數(shù)KD的作用是改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。KI越大，系統(tǒng)的穩(wěn)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越大，系統(tǒng)的響應速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但易產(chǎn)生超調(diào)，甚至導致系統(tǒng)不穩(wěn)定、KP過小，則會降低調(diào)節(jié)精度，使響應速度緩慢，從而延長調(diào)節(jié)時間，使系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)特性變壞。增量算法為相鄰量詞采樣時刻所計算的位置之差，即式中：從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等方面來考慮，KP、KI、KD對系統(tǒng)的 作用如下。e(k1)為第(k1)次采樣時的偏差值。e(k)為第k次采樣時的偏差值。 離散PID控制的形式為 (2) 式中，u(k)為第k次采樣時控制器的輸出。圖21 PID控制器系統(tǒng)原理框圖在經(jīng)典PID控制中，給定值與測量值進行比較，得出偏差e(t)，并依據(jù)偏差情況，給出控制作用u(t)。逆模糊化處理RPID調(diào)節(jié)器被控對象de/dt測量反饋基于單片機的模糊PID控制器Y干擾擾動模糊化模糊控制規(guī)劃模糊決策圖11 模糊控制PID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第2章 模糊自適應PID控制原理 PID控制系統(tǒng)概述PID控制器系統(tǒng)原理框圖如圖21所示。模糊PID控制器是將模糊控制與經(jīng)典PID控制器結(jié)合起來，在線實時調(diào)整PID參數(shù)，獲得更好的控制效果。復合型模糊控制器是把模糊控制和其他傳統(tǒng)控制方式組合在一起的控制器，這些控制方式一般有強比例控制、PID控制和開關(guān)控制等。著名科學家錢學森指出，模糊數(shù)學理論及其應用，關(guān)系到我國二十一世紀的國力和命運 本研究課題研究內(nèi)容和方法 研究內(nèi)容1．以單片機為核心，建立自動控制系統(tǒng)，構(gòu)建按鍵、采樣、顯示以及輸出等外圍電路，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的搭建，建立電加熱爐系統(tǒng)的仿真圖；2．畫出軟件流程圖，根據(jù)流程圖編寫程序，并對其進行調(diào)試，使其符合系統(tǒng)的具體要求；3．將所編寫的程序下載到單片機中去，對系統(tǒng)進行整體調(diào)試，進而實現(xiàn)系統(tǒng)的整個功能，設(shè)計出符合實際要求的系統(tǒng)。并且目前已有了專用的模糊芯片和模糊計算機的產(chǎn)品，可供選用?，F(xiàn)在，模糊控制已廣泛地應用于冶金與化工過程控制、工業(yè)自動化、家用電器智能化、儀器儀表自動化、計算機及電子技術(shù)應用等領(lǐng)域。 模糊控制技術(shù)，已經(jīng)成為智能控制技術(shù)的一個重要分支，它是一種高級算法策略和新穎的技術(shù)?！澳：拍睢备m合于人們的觀察、思維、理解、與決策，這也更適合于客觀現(xiàn)象和事物的模糊性。模糊控制理論的核心是利用模糊集合論，把人的控制策略的自然語言轉(zhuǎn)化為計算機能夠接受的算法語言所描述的算法。 ，主要包括模糊集合理論、模糊邏輯、模糊推理和模糊控制等方面內(nèi)容。智能控制主要分為模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和實時專家系統(tǒng)。s mathematical model, and the rapidity has its own advantage. But the fuzzy control has fuzzy rules limited level, it can cause steadystate error. This means single PID control or single Fuzzy Control has its own deficiencies, therefore analysis their advantages and disadvantages, consider bine them and formed fuzzy PID Control, Realize plementary strengths. Addition, consider bine the fuzzy PID control and MCU which is new and whose performance is better.Keywords: Resistance furnace, Single chip microputer, Adaptive PID1模糊自適應PID控制器的設(shè)計第1章 緒論 課題的研究背景及意義現(xiàn)代控制系統(tǒng)，規(guī)模越來越大，系統(tǒng)越來越復雜，用傳統(tǒng)的控制理論方法已不能滿足控制的要求。此外，考慮把模糊PID控制和當今新型的、性能較好的單片機結(jié)合在一起，更好的發(fā)揮他們的作用。但模糊控制易受模糊規(guī)則有限等級的限制而引起穩(wěn)態(tài)誤差。它的性能取決于參數(shù)的整定情況，對那些對象模型復雜和難以確定精確模型的控制系統(tǒng)，具有很大的局限性，而且它的快速性和超調(diào)量之間的矛盾關(guān)系，使它不一定能滿足調(diào)節(jié)時間短，超調(diào)小的技術(shù)要求。模糊自適應PID控制器的畢業(yè)設(shè)計目 錄模糊自適應PID控制器的設(shè)計 1Design of fuzzy adaptive PID controller 2第1章 緒論 3 課題的研究背景及意義 3 本研究課題研究內(nèi)容和方法 4 研究內(nèi)容 4 研究方法 4第2章 模糊自適應PID控制原理 5 PID控制系統(tǒng)概述 5 模糊自適應PID控制系統(tǒng) 6 PID參數(shù)對控制性能的影響 10 比例（P）控制 11 積分（I）控制 11 微分（D）控制 12第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 13 基于單片機模糊自適應PID控制器硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計 13 單片機的選擇 14 單片機的存儲結(jié)構(gòu) 14 基于單片機的模糊自適應PID控制系統(tǒng)的控制回路 15 功能模塊 16 單片機控制模塊 16 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與采集模塊A/D0808 16 按鍵選擇模塊 17 顯示模塊 17 報警模塊 18 輸出模塊 18 單片機仿真和元器件清單 19 系統(tǒng)的整體設(shè)計 19 元器件清單 20