【正文】 。ST0 EQU 46H 。 BT0 EQU 44H 。 (BCD)碼TEMPO EQU 42H 。 按鍵緩沖LED0 EQU 40BH 。 開始初始化脈沖輸出入口保護現(xiàn)場輸入、處理控制輸出恢復現(xiàn)場返回 (a) 主程序 （b） T0中斷服務程序 烘干箱控制系統(tǒng)源程序KEY EQU 20H 。 內(nèi)部寄存器功能分配 單元地址 組號寄存器 功 能00H~06H 0組 R0~R6 未用 07H R74次累加計數(shù) 08H~0FH 1組 R0~R7未用 10H~13H 2組 R0~R3未用 14H R410分鐘計數(shù) 15H R5延時5秒計數(shù) 16H R6延時4秒計數(shù) 17H R7延時1秒計數(shù) 18H~1FH 3組 R0~R7未用 4 軟件總體結(jié)構(gòu) 整個控制軟件有主程序和一個定時中斷服務程序組成。 I/O端口功能分配 I/O口 功 能 引腳分配 P0口 報警輸出: 聲音報警 P1口 轉(zhuǎn)換結(jié)果輸入 P2口 開關量輸入:啟/停 :設定:設定+ ：設定 P3口 AD0809控制、 輸出控制,:串行輸出到LED：CLK輸出 :啟動轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換結(jié)果 :加熱控制:加熱指示 ：運行指示 中斷系統(tǒng)功能分配中斷源入口地址中斷條件功能外部中斷INT00003H未用定時器T0中斷000BH20ms定時全部控制功能外部中斷INT10013H未用定時器T1中斷001BH未用串行口中斷RI,TI0023H未用 （3）片內(nèi)RAM資源分配。主程序完成初始化后僅負責轉(zhuǎn)換脈沖（約250KHz）輸出，其他控制功能全部安排在定時器T0中斷服務程序種。根據(jù)硬件原理圖，單片機I/。 3 資源分配 在編寫程序之前，首先要弄清單片機的資源分配情況。（7）開關量邏輯控制：根據(jù)按鈕操作確定系統(tǒng)工作狀態(tài)。（5）溫度控制：根據(jù)監(jiān)測到的溫度控制電路工作。 （3）溫度顯示：顯示設置溫度或當前溫度。接收溫度預置，啟動系統(tǒng)工作。 2 功能模塊 根據(jù)上面對工作流程的分析，系統(tǒng)軟件可以分為以下幾個功能模塊。這樣不斷地重復上述過程，是溫度保持在預定溫度范圍之內(nèi)。 1 工作流程 烘干箱在上電復位后先處于停止加熱狀態(tài)，系統(tǒng)默認預設溫度為25℃，這是可以用設定鍵改變預設溫度，也可以直接啟動運行。在運行狀態(tài)，當前爐溫低于設定溫度時啟動加熱，只是正在加熱；當爐溫等于或者高于設定溫度時停止加熱，VD2滅。當由于意外因素導致烘干箱溫度偏離設置溫度時。從而控制電阻絲的通電加熱時間。通過串行口擴展3片74LS164作為靜態(tài)顯示接口電路。利用“啟/?！辨I可以隨時啟動或者停止系統(tǒng)的運行；利用“設定”鍵使系統(tǒng)進入溫度與設定的狀態(tài)，在LED上顯示當前設置值，然后按“設定+”或“設定”鍵可以實現(xiàn)0℃~500℃的溫度設置；按“設定+”或“設定”鍵的時間在1s以內(nèi)，每按一次事先設定溫度+1℃或者1℃，如果按1s以上，則可以50Hz的頻率改變設定溫度。用這種方法一方面可以減少標度轉(zhuǎn)換的工作量，另一方面還可以避免標度轉(zhuǎn)換帶來的計算誤差。為了進一步簡化設計，ADC0809與單片機之間采用直接接口方式，并用軟件查詢方式讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。1℃，完全能夠滿足精度要求。2℃，采用8位A/D轉(zhuǎn)換器，其最大量化誤差為177。A/D轉(zhuǎn)換期間的選擇主要取決與溫度控制精度。由于AT89C51芯片內(nèi)含4KB的E2PROM，無需外擴存儲器，電路簡單可靠。將模糊控制和PID控制器兩者結(jié)合起來，揚長避短，使之既具有模糊控制靈活而適應性強的優(yōu)點，又具有PID控制精度高的特點，可達到動態(tài)響應快，超調(diào)小、穩(wěn)態(tài)誤差小，使動靜態(tài)性能都得到很好的改善。對比例因子進行湊試，即可達到滿意的控制效果。在本控制器中我們采用加權(quán)平均法求取輸出量的精確值，從而得出模糊判決后的清晰量U(k)。一般地，當|e|較小時，KD可取大一些，而當|e|較大時，KD應取小值。(2) 當 |e|和|ec|處于中等大小時，為使系統(tǒng)響應具有較小的超調(diào)，Kp應取較小些，KI取值要適當，這時KD的取值對系統(tǒng)響應的影響較大，取值應適中，以保證系統(tǒng)的響應速度。同時，為避免由于開始時|e|瞬時變大可能出現(xiàn)的微分過飽和而使控制作用超出許可范圍，應取較小的KD。模糊控制設計的核心是總結(jié)工程設計人員的技術知識和實際操作經(jīng)驗，建立合適的模糊規(guī)則表，得到針對Kp、K1，和KD三個參數(shù)分別整定的模糊控制表。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況以及方便仿真研究，在設計的模糊PID控制器中，輸入和輸出變量的語言值分別采用7個和4個語言值。RD （28） 其中Rp、R1和RD分別為△Kp、△K1和△KD的模糊控制決策矩陣，“x”表示模糊直積運算。Rp△ K1= (E*EC) 。模糊控制器以偏差。綜合考慮該烘干箱的溫控方案采用二維模糊控制器設計。但從實際操作可行性上看，如果每個變量有七個模糊子集，則共可組成7x7x7=343 條模糊規(guī)則，這么多規(guī)則，PID難考慮周詳。二維控制器較一維控制器多了偏差的變化率，相當于控制偏差的速度，動態(tài)特性要好很多，這是目前被廣泛采用的控制器結(jié)構(gòu)。當溫度偏差為負時，此時的溫度的變化趨勢有可能是向增大的方向變化，也有可能向減小的方向變化，即:偏差的變化率ec是不同的，若ec為正，溫度正向設定值變化，若ec為負，溫度正偏離設定值變化，這兩種截然不同的狀態(tài)整定出的PID參數(shù)應該是不同的。通常將模糊控制器輸入變量的個數(shù)稱為模糊控制的維數(shù)。為此，在控制系統(tǒng)中引入模糊推理，在PID初值基礎上通過自調(diào)整參數(shù)，改善系統(tǒng)動態(tài)性能。此方法可以根據(jù)系統(tǒng)運行的不同狀態(tài)調(diào)整PID 的參數(shù)，使系統(tǒng)適應被控對象參數(shù)的變化。針對PID控制和模糊控制的各自特點，國內(nèi)外學者分別采用不同的方法將模糊控制和PID控制相結(jié)合，研究出了多種模糊PID控制器，如FuzzyPID復合控制、模糊自適應PID控制方法、基于Fuzzy推理的自整定PID控制器。而比例積分控制作用既能獲得較高的穩(wěn)態(tài)精度，又能具有較快的動態(tài)響應。常規(guī)的二維模糊控制器是以偏差和偏差變化作為輸入變量，因此，一般認為這種控制器具有FuZzy比例和微分控制作用，而缺少Fuzy積分控制作用，眾所周知，在線性控制理論中，積分控制作用能消除穩(wěn)態(tài)誤差，但動態(tài)響應慢。(4) 自學習模糊控制策略的實現(xiàn)。(2) 模糊控制在非線性復雜系統(tǒng)應用中的模糊建模、模糊規(guī)則的建立和推理算法的深入研究。(4) 采用模糊控制，過程的動態(tài)響應品質(zhì)優(yōu)于常規(guī)PDI控制，并對過程參數(shù)變化具有較強的適應性。(2) 對于具有一定操作經(jīng)驗、但非控制專業(yè)的工作者，模糊控制方法易于掌握。模糊控制在實踐應用中，具有許多傳統(tǒng)控制無法與之比擬的優(yōu)點，其中主要是：(1) 使用語言方法，可不需要掌握過程的精確數(shù)學模型。此后，不斷產(chǎn)生了各種參數(shù)自調(diào)整、自組織、自學習的模糊控制器，使模糊控制系統(tǒng)的性能得到了很大的提高。第二階段中是從1979年到現(xiàn)在，也稱自完善模糊控制階段。這個階段的模糊控制器主要采用CRI(合成)推理法，在推理中采用Mamdani提出的蘊含關系公式:對控制器的算法都采用脫機處理的方法，在計算機系統(tǒng)上把控制器上的推理過程處理成控制表，在實際中用控制表去控制第一個階段約從1794年到1979 年，也稱為簡單模糊控制階段。 模糊控制的發(fā)展與特點模糊控制自從1947英國倫敦大學瑪麗皇后學院教授EMamdani博士把模糊控制器用于小型蒸汽機的控制到現(xiàn)在，有三十多年的歷史。模糊控制系統(tǒng)是一種智能控制系統(tǒng)，它以模糊數(shù)學作為理論基礎，以計算機作為其物質(zhì)基礎，二者缺一不可。工程上一般常用的是二維模糊控制器，即以偏差和偏差變化率作為輸入，其工作過程一般為下述幾個步驟:(1) 將輸入變量的精確值變?yōu)槟：?。模糊輸出接口的主要功能是對?jīng)模糊推理決策后所取的模糊控制量進行模糊決策，把輸出模糊量轉(zhuǎn)化為精確量后，施于被控對象。在模糊控制中考慮到推理時間，通常采用運算較簡單的推理方法。則某一時刻，該控制的控制量由下式得出:.C=（A*B）假設有控制規(guī)則if A and B then C，其中，A是論域X上的一個模糊子集，B是論域Y上的一個模糊子集。模糊規(guī)則通常由一系列的關系詞連接而成，如if一then，also，or，and等。在規(guī)則推理的模糊關系方程求解過程中，向推理機提供數(shù)據(jù)(2) 規(guī)則庫:規(guī)則庫是用來存放全部模糊控制規(guī)則的，在推理時為“推理機”提供控制規(guī)則。模糊控制器能夠進行推理決策取決于知識庫，知識庫由數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫兩部分組成。因此，模糊控制器的機構(gòu)一般由三大部分構(gòu)成，即模糊輸入接口，模糊推理判決結(jié)構(gòu)，模糊輸出的接口，它們構(gòu)成了模糊控制器的控制機理和算法結(jié)構(gòu)模糊輸入接口的主要功能是是將真實的確定量輸入轉(zhuǎn)換成一個模糊矢量，以便進行模糊推理和決策。模糊控制器的控制規(guī)律由計算機的程序?qū)崿F(xiàn)。因此，在選擇傳感器時，應注意選擇精度高且穩(wěn)定性好的傳感器在模糊控制系統(tǒng)中，模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心部分，也是模糊控制系統(tǒng)與其它自動控制系統(tǒng)的不同之處。(4) 傳感器:傳感器是將被控對象或各種過程的被控制量轉(zhuǎn)換為電信號(模擬的或數(shù)字的)的一類裝置。(2) 輸入輸出接口裝置（A/D和D/A轉(zhuǎn)換裝置):模糊控制器通過輸入輸出接口從被控對象獲取數(shù)字信號量，并將模糊控制器決策的輸出信號經(jīng)過數(shù)模變換，將其轉(zhuǎn)奪為模擬信號，送給執(zhí)行機構(gòu)去控制被控對象。傳統(tǒng)控制方法在執(zhí)行控制時，往往需要取得對象的數(shù)學模型，而在實際中，很多被控對象的數(shù)學模型是難于求取或者無法求取的，特別是那些時變的、非線性的復雜系統(tǒng)，往往根本無法取得精確的數(shù)學模型，對這樣的對象要進行有效的控制是很困難的，所以，需要尋求不依賴于系統(tǒng)模型的控制方法，而模糊控制正是把模糊數(shù)學理論應用于自動控制領域而產(chǎn)生的控制方法。第三種途徑是上述控制模式的組合，如模糊參數(shù)自整定PID控制器、神經(jīng)網(wǎng)絡智能PID控制，這些也都是智能PID控制極有前景的發(fā)展方向。從 IPD 參 數(shù)的整定方法研究和應用現(xiàn)狀來看，改善PDI控制的不足主要由以下途徑:一種途徑是改善PID 參數(shù)的自整定問題，如在線辨識過程模型，根據(jù)辨識模型來整定PID參數(shù)的自校正PID控制器。采用常規(guī)PID控制器，以一組固定不變的PID參數(shù)去適應參數(shù)變化、干擾等眾多的變化因素，顯然難以獲得滿意的控制效果。但在實際工業(yè)過程控制中，許多被控過程機理較復雜，具有非線性、慢時變、純滯后等特點，它的參數(shù)調(diào)節(jié)需要一定過程，最優(yōu)參數(shù)選取比較麻煩。在工業(yè)過程控制中廣泛使用常規(guī)PDI控制器，原因在于常規(guī)PID控制原理簡單，容易實現(xiàn)，穩(wěn)態(tài)無靜差，可靠性高，其控制原理與控制技術己完善成熟，且為現(xiàn)場工作人員和設計工程師們所熟悉等優(yōu)點，在控制理論與自動化技術飛躍發(fā)展的今天，仍有其強大的生命力。T為采樣周期，KT為積分系數(shù)，K1=KpT/T1。u(k)為第k次采樣時刻的計算機輸出值。在離散系統(tǒng)中，PID控制器可采用差分方程表示為： U(k)=kpe(k)+k1 ∑J∈(1~K)e(j) +kp[e(k)e(k1)] （26）式中 : k 為采樣序號，k=。進入計算機的連續(xù)時間信號，必須經(jīng)過采樣和量化后，變成數(shù)字量，方能進入計算機的存貯器和寄存器，而在計算機中的計算和處理，不論是積分還是微分，只能用數(shù)值計算去逼近。在數(shù)字控制系統(tǒng)中，IPD控制器一般是通過計算機IPD控制算法程序?qū)崿F(xiàn)的。e(t)變化的作用越強，TD越小，它反抗e(t)變化的作用越弱。微分部分的作用強弱由微分時間幾決定。TD這時系統(tǒng)過渡過程中有可能產(chǎn)生振蕩，但消除靜差所需的時間較短。當IT較大時，則積分作用較弱，這時，有利于系統(tǒng)減小超調(diào)，過渡過程不易產(chǎn)生振蕩，但是消除靜差所需的時間較長但是積分作用具有滯后特性，積分控制作用太強會使系統(tǒng)超調(diào)加大，控制的動態(tài)性能變差，甚至會使閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定?！襡(t)dt/T1 (24)從積分部分的數(shù)學表達式可以知道，只要存在偏差，則它的控制作用就會不斷地積累，輸出控制量以消除偏差。因此，比例系數(shù)助的選擇必須適當，才能取得過渡時間少、穩(wěn)態(tài)誤差小而又穩(wěn)定的效果。e(t) (23)偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即有控制作用，使控制量朝著減小偏差的方向變化，控制作用強弱取決于比例系數(shù)助，仰越大，則過渡過程越短，控制結(jié)果的穩(wěn)態(tài)誤差也越小。系統(tǒng)的原理框圖如圖2一2所示。PID控制器是一種比例、積分、微分并聯(lián)的控制器，是一種最廣泛應用的控制器。為了方便，該烘干箱采用原來烘干箱的閉環(huán)控制系統(tǒng)來進行仿真研究，其數(shù)學模型仍采用原來數(shù)學模型，即為: G(S)=+1 （21）PD控制的基本原理數(shù)字PID控制是工業(yè)過程控制中廣泛采用的一種控制方法，其