【正文】 0 1 2 T T 2 T T D D D 其中 : 。 可以看出 , 每次 輸出與過去的 所有狀態(tài)都有關(guān) , 要想計算 u k , 不僅涉及 e k 和 e kl , 且須將歷 次 e j 相加 , 計算復(fù)雜 , 浪費內(nèi)存 。 通常把式 27 稱為 PID 的位置式控制算法 。 因此 , 式 23 中的積分和微分項不能直 接使用 , 需要進(jìn)行離散化處理現(xiàn)令 T 為采樣周期 , 以一系列的采樣時刻點 K T 代 表連續(xù)時間 t , 以累加求和近似代 [2] 替積分以一階后向差分近似代替微分做如下的近似變換 : tKT 式 (24 ) k k te tT e j TT e j 式 (25 )? 0 j ?0 j ?0 de t e K T e[ k ?1 T ] e ke k ?1 式 (26 ) dt T T 其中 ,T 為采樣周期 , e k 為系統(tǒng)第 k 次采樣時 刻的偏差值 , e kl 為系統(tǒng)第 kl 次采樣時刻的偏差值 , k 為采樣序號 , k0 ,1 ,2 ,? 。 (3 ) 微分 環(huán) 節(jié)能 夠 反映 偏 差信 號 的變 化 趨勢 變 化 速 率 , 并 且 能在 偏 差 信 號值變得太大之前 , 在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號 , 從而加快系統(tǒng)的動 [5] 作速度 , 減少調(diào)節(jié)時間 。 (2 ) 積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差 , 提高系統(tǒng)的無差度 。 K : 微 分時間常數(shù) 。 控制理論 PID 控制器是一種線性控制器 , 它根據(jù)給定值 rt 與實際輸 出值 yt 構(gòu)成控制偏差 et : e tr ty t 式 (21 ) 將偏差 et 的比例 Proportional 、 積分 Integral 和微分 Derivative 通過線性組合構(gòu) 成控制量 , 對被控對象進(jìn)行控制 , 因此稱為 PID 控制 ,PID 控制系統(tǒng)原理如圖 21 所示 : 圖 21 PID 控制 系統(tǒng)原理 圖 其控制規(guī)律為 4 天津工業(yè)大 學(xué) 2020 屆 本科畢業(yè) 設(shè)計論文 t 1 d e t 式 (22 ) u tK [ e te t d tT ] P DT d t 0 或者寫成傳遞函數(shù)形式為 1 式 (23 ) G sK 1? T P D S T I S 式 23 中 K : 比例系數(shù) 。 因此 ,PID 控制 器在工業(yè)控制中仍然得到廣泛的應(yīng)用 , 許 多工業(yè)控制器仍然采用 PID 控制器 。 這種不足的原因 是多方面造成的 , 如針對不同的被 控對象 , 由于控制算法的不足而導(dǎo)致控制精度不穩(wěn)定 。 所謂第三代智能溫控儀表 , 就 是 指基于智能控溫技術(shù)而研制的具有自適應(yīng) PID 算法的溫度控制儀表 。 尤其是模糊控溫法在實際工程技術(shù)中得到了極為廣泛的應(yīng) 用 。 智能控溫法以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學(xué)為理論基 礎(chǔ) , 并適當(dāng)加以專家系統(tǒng)來實現(xiàn)智能化 。 智能溫度控制法 為了克服 PID 線性控溫法的弱點 , 人們相繼提出了一系列自動調(diào)整 PID 參 數(shù)的方法 , 如 PID 參數(shù)的自學(xué)習(xí) , 自整定等等 。 只要 PID 參數(shù)選取的正確 , 對于一個確定的受控系統(tǒng)來說 , 其控制精度是比較令人滿意的 。 其中數(shù)字 PID 控制器的參數(shù)可以在現(xiàn)場實現(xiàn)在線整定 , 因此具有較 大的靈活性 , 可以得到較好的控制效果 。 其具體控制電路可以采用模擬電路或計 算機(jī)軟件方法來實現(xiàn) PID 調(diào)節(jié)功能 。 線性控溫法 這種控溫方法是基于經(jīng)典控制理論中的 PID 調(diào)節(jié)器控制原理 , PID 控制是最 早發(fā)展起來的控制策略之一 , 由于其算法簡單 、 魯棒性好 、 可靠性高等優(yōu)點被廣 泛應(yīng)用工業(yè)過程控制中 , 尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng) 。 目前 , 采用這種 控制方法的溫度控制器在我國許多工 廠的老式工業(yè)電爐中仍被使用 。 若 當(dāng)前 溫度 值比 設(shè)定溫度值低 , 則開啟加熱器并同時關(guān)斷制冷器 。 從工業(yè)控制器的發(fā)展過程來看 , 溫度控制技術(shù)大致可分以下幾種 : 定值開關(guān)控溫法 所謂定值開關(guān)控溫法 , 就是通過硬件電路或軟件計算判別當(dāng)前溫度值與設(shè)定 目標(biāo)溫度值之間的關(guān)系 , 進(jìn)而對系統(tǒng)加熱裝置 或冷卻裝置 進(jìn)行通斷控制 。 恒 值溫 度控 制的目 的是使 被控 對象的 溫度 恒定在 某一 給定 數(shù)值上 , 且要 求其 波動幅 度 即穩(wěn) 態(tài)誤差 不能超 過某 允許值 。 動態(tài)溫度跟蹤實現(xiàn)的控制目標(biāo)是使被控對象的溫度值按預(yù)先設(shè)定好的曲線進(jìn) 行變化 。 因此 , 在實際 的溫度測量中 , 要根據(jù)具體 的測量對象選擇合適的測量方法 , 在滿足測量精度要 [1] 求的前提下盡量減少投入 。 另外 的 非 接 觸 式 測 溫 方 法 是 通 過 對 輻 射 能 量的 檢 測來 實 現(xiàn) 溫 度 測 量 的 方 法 , 其 優(yōu) 點 是 : 不破壞被測溫場 , 可以測量熱容量小的物體 , 適于測量運動物體的溫度 , 還 可以測量區(qū)域的溫度分布 , 響應(yīng)速度較快 。 在溫度的測量技術(shù)中 , 接觸式測溫發(fā)展較早 , 這種測量方法的優(yōu)點是 : 簡單 、 可靠 、 低廉 、 測量精度較高 , 一般能夠測得真實溫度 。 溫度測控技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 近年來 , 溫度的檢測在理論上發(fā)展比較成熟 , 但在實際測量和控制中 , 如何 保證快速實時地對溫度進(jìn)行采樣 , 確保數(shù)據(jù)的正確傳輸 , 并能對所測溫度場進(jìn)行 較精確的控制 , 仍然是目前需要解決的問題 。 單片機(jī)在工業(yè)控制 、 尖端武器 、 通信設(shè)備 、 信息處理 、 家用電器等各 測 控領(lǐng)域的應(yīng)用中獨占鰲頭 。 因此 , 溫度的測量與控制在國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域中均受到了相當(dāng) 程度的重視 。 自然界 中任何物理 、 化學(xué)過程都緊密的與溫度相聯(lián)系 。 溫度不但對于 [1] 工業(yè)如此重要 , 在農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)中溫度的監(jiān)測與控制也有著十分重要的意義 。 自 18 世紀(jì)工業(yè)革命以來 , 工業(yè)發(fā) 展與是否能掌握溫度有著密切的聯(lián)系 。 simulation 目 錄 第一章 緒論 ..1 選題背景及其意義 .1 概述 1 溫度測控技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 1 定值開關(guān)控溫法 .2 線性控溫法 2 智能溫度控制法 .2 第二章 模糊 PID 控制理論 ..4 控制器 ..4 控制的發(fā)展 4 控制理論 4 控制算法 5 模糊控制原理 7 模糊控制系統(tǒng)的基本概念 .7 模糊控制系統(tǒng)的組成 ..7 模糊控制的基本原理 ..8 模糊 PID 復(fù)合控制算法 ..9 模糊 PID 復(fù)合算法 9 模糊 PID 算法運用 .10 第三章 模糊 PID 溫度控制 系統(tǒng)硬 件設(shè) 計 14 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成 ..14 系統(tǒng)設(shè)計原則及系統(tǒng)總電路圖 .14 系統(tǒng)設(shè)計原則 14 系統(tǒng)總電路圖 15 單片機(jī)的選擇 15 溫度傳感器的選擇 ..19 簡介 19 的性能特點 .20 的管腳排列 .21 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) .21 的測溫原理 .22 數(shù)碼管輸出 .22 鍵盤接口電路 .23 蜂鳴電路 ..24 外部存儲模塊 .24 電機(jī)驅(qū)動模塊 .25 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 27 主程序模塊 .27 溫度傳感器 DS18B20 模塊 .27 顯示模塊 .29 鍵盤控制模塊 .29 第五章 系統(tǒng)的仿真 ..31 仿真工具 ..31 MATLAB 及其模糊邏輯工具箱和仿真環(huán)境 .31 概況 ..31 模糊邏輯工具箱 ..31 模糊 PID 的仿真 ..32 控制對象模型 32 仿真 ..33 仿真結(jié)果與分析 35 結(jié)論 37 參考文獻(xiàn) 38 附 錄 ..39 附件一 : 部分源程序 .39 相關(guān)子程序 ..39 相關(guān)子程序 .39 3. 按鍵相關(guān)子程序 ..40 附件二 : 英文文獻(xiàn) ..43 附件三 : 系統(tǒng)總電 路圖 51 謝 辭 ..51 天津工業(yè)大 學(xué) 2020 屆 本科畢業(yè) 設(shè)計論文 第一章 緒論 選題背景及其意義 在人類的生活環(huán)境中 , 溫度扮演著極其重要的角色 。 AT89C51 SCM。 溫度控 制 。 關(guān)鍵詞 : 模糊 PID 。 一種將 PID 控制與模糊控制的簡便性 、 靈活性 、 以及魯棒性融為一體 , 構(gòu) 造了一個模糊 PID 溫度控制器 。 隨著控制對象變得復(fù)雜 , 應(yīng)用常規(guī) PID 溫 度控制精度和魯棒