【正文】 信號的檢測變送包含兩個方面，一是檢測環(huán)節(jié)，另一個是變送環(huán)節(jié)。其不需要采用大容量的電解電容器，容量大小為 100uf 耐壓為 25 伏，再接入 的電容器，便可減少因為電源波動的影響和濾去紋波，很好地改善負載的瞬態(tài)響應(yīng)。本電路中使用的電容大小為 470uf,耐壓為 25 伏。整流可通過四個二極管 進行全波整流，也可以利用集成整流堆來進行（同原理）。從整個系統(tǒng)的設(shè)計來看，其中有幾塊集成芯片和多個電阻、電容等器件，其功率總和應(yīng)在 2W 左右，所以考慮整個系統(tǒng)的功率裕量，采用 78M05 作為整個系統(tǒng)的供電芯片。 電源電路 由于整個系統(tǒng)都是用單片機和各類芯片及電阻、電容組成的，其工作電壓為＋ 5V，不需要 負電壓，可采用三端固定正電壓集成穩(wěn)壓器 7805 系列的芯片 ［ 6］ 。系統(tǒng)電源為整個系統(tǒng)提供電能；溫度檢測變送電路將檢測到的溫度信號轉(zhuǎn)換成標準的電壓信號輸入到模數(shù)接口轉(zhuǎn)換電路；模數(shù)接口轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字信號進入單片機系統(tǒng)；單片機系統(tǒng)根據(jù)輸入的數(shù)字信號以模糊控制算法為基礎(chǔ)求出控制值，控制執(zhí)行器的運行及溫度的顯示。硬件和軟件的每一個壞節(jié)都是深思熟慮而成，各 自完成相應(yīng)的功能并組成一個統(tǒng)一的整體。 基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計 20 第 4 章 系統(tǒng)設(shè)計 整個系統(tǒng)由軟件和硬件兩部分組成。采用了模擬的 PWM 變換，和固態(tài)繼電器。 (3) 采用了無污染能源，保護環(huán)境。 綜上所述方案 2 有如下的特點： (1) 在完成所要求的任務(wù)的基礎(chǔ)之上還有著結(jié)構(gòu)簡單、明了的特點，很容易實現(xiàn)，而且在一定的程度上節(jié)約 成本。 方案 2 在實行控制的時候不像其它方案采用 D/A 轉(zhuǎn)換后再控制調(diào)節(jié)閥的方法，而是直接外接一個固態(tài)繼電器，通過內(nèi)部改變定時器的中斷時間來調(diào)節(jié)一個周期內(nèi)電子開關(guān)的導(dǎo)通和斷開時間。在離線時將其 矩陣運算部分做好，留給處理機要完成的就只需查一基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計 19 個模糊表了。由于模糊運算是基于模糊數(shù)學的一種新型控制方法，其運算包括模糊化、模糊推理、解模糊等過程，而且還有很多的矩陣運算，而這些運算對于單片機、或者 PLC 以及工控機來說都要用很復(fù)雜的編程（高級語言）才能實現(xiàn)。 最終方案論述：很顯然，方案 2 較其它兩種方案相比無論在經(jīng)濟上和實現(xiàn)容易程度上都要好。而方案 2 可以減少裝配燃油子系統(tǒng)所用的成本，只有一個檢測量，減小了運算難度，還可以省去因為燃料的燃燒所造成的大氣污染，保護環(huán)境。方案 1 與方案 3 要考慮多方面的影響。 (4) 方案 2 采用了模擬的 PWM 變換的方法，較其它兩種方案可以減少一個 D/A 轉(zhuǎn)換器，節(jié)約了成本。雖然 LCD 顯示器在顯示方面有其優(yōu)越性，可以多行顯示、文 本顯示。只要稍許的調(diào)整變送器即可很好的完成任務(wù)。 (2) 方案 1 采用的是分立的熱電阻，還要經(jīng)過處理制作成測量工具，在測量精度及抗干擾性等方面都不能滿足要求。 (3) 系統(tǒng)原理框圖 TL2551 89C2051 固態(tài)繼電器 LED顯示 DDZ— Ⅲ熱電偶溫度變送器 鍵 盤 電爐 溫度 圖 方案 2 的原理框 圖 波形生成 LCD 顯示 + A/D 工控機 開關(guān) 熱電偶溫度變送 + 燃料供應(yīng)系統(tǒng) D/A 圖 方案 3 的原理框圖 油爐 溫度 基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計 18 論證分析 (1) 每個方案都采用了不同的處理器，方案 1 用 PLC 為模糊控制器，在進行 A/D、D/A 轉(zhuǎn)換和 LED 顯示時出現(xiàn)許多難題，如引腳不夠用，數(shù)據(jù)并行輸入輸出困難（可以通過外部加入模擬輸入模塊 來解決，但價格昂貴）、及內(nèi)部編程復(fù)雜等諸多不便。燃油供應(yīng)子系統(tǒng)用于供應(yīng)燃油。 A/D 轉(zhuǎn)換后輸出到工控機。 (2) 工作原理 ：在系統(tǒng)中，先由工控機發(fā)出波形（此波形為理想控制過程），經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后輸入到工控機，作為給定量（給定量是變化的） [3]。單片機執(zhí)行模糊控制功能、由固態(tài)繼電器控制大功率發(fā)熱器電源的導(dǎo)通與斷圖 方案 1 的原理框圖 + LED 顯示 + 給定電壓 A/D 轉(zhuǎn)換 PLC 開關(guān) 熱電阻 燃料供應(yīng)子系統(tǒng) D/A 油爐 溫度 基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計 17 開，從而達到控制溫度的目的。 (3) 系統(tǒng)原理框圖 2. 方案 2 (1) 硬件組成 ：單片機、 A/D 轉(zhuǎn)換器、 LED 顯示器、集成的熱電偶溫度變送器、固態(tài)繼電器 ［ 5］ 、大功率發(fā)熱器、 LED 顯示器。燃油供應(yīng)子系統(tǒng)起到了供應(yīng)燃油的作用。 PLC 執(zhí)行模糊控制器的作用，根據(jù)給定量與測量量的偏差進行模糊運算，得出模糊輸出量 ［ 3］ ，控制調(diào)節(jié)閥。 (2) 工作原理 ：在系統(tǒng)中，由分立的熱電阻做成測量工具，對溫度變量進行檢測，并輸出到 A/D 轉(zhuǎn)換器。本章詳細列舉、說明了三種不同實現(xiàn)模糊溫度控制的方案、并分別畫出了其原理方框圖，對三種方案的優(yōu)缺點進行了對比，選出了最佳控制方案。 基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計 16 第 3 章 設(shè)計思想與方案論證 實現(xiàn)模糊溫度控制的方法有多種，可以用工控機作為模糊控制器，用熱電阻測量溫度；也可以用單片機作為模糊控制器，用熱電偶進行溫度測量。 控制對象可以是電爐也可以是油爐，如果是電爐執(zhí)行器將會是晶閘管，也可以是靜態(tài)或固態(tài)繼電器；如果對象是油爐，執(zhí)行器可以選擇為調(diào)節(jié)閥，控制輸入到油爐的油量大小。 輸入輸出接口裝置包含了各種人機接口，如用于 輸入控制溫度的鍵盤、用于顯示實時溫度的數(shù)碼管、用于報警的 LED，還有將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的 A/D 轉(zhuǎn)換器等。 在溫度控制系統(tǒng)中，傳感器用于感受控制對象的溫度，然后由與溫度變化的線性關(guān)系產(chǎn)生與其大小相適應(yīng)的變化量交給變送器處理。 (3) 廣義對象 它包括被控 對象與執(zhí)行機構(gòu)，被控對象為復(fù)雜的工業(yè)過程，可是線性的或非線性的，也可能存在各種干擾，是模糊的、不確定的、沒有精確數(shù)學模糊的過程。 模糊控制系統(tǒng)類似于常規(guī)的微機控制系統(tǒng)，如下圖所示其由四部分構(gòu)成： (1) 測量元件傳感器 它將被控對象輸出信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，測量元件的精度往往直接影響控制系統(tǒng)的精度，要注意選擇符合工程精度要求又穩(wěn)定可靠的測量元件。 模糊控制系統(tǒng)的基本原理 模糊控制是以模糊集合論、 模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的微機數(shù)字控制，是模擬人的思維，構(gòu)造一種非線形控制，以滿足復(fù)雜的、不確定的過程控制的需要。由于模糊邏輯的范疇很廣，包括大量的概念和原則，然而這些概念和原則能真正的在模糊邏輯系統(tǒng)中得到應(yīng)用的卻為數(shù)不多。 3. 模糊控制器參數(shù)最優(yōu)調(diào)整理論的確定以及修正推理規(guī)則的學習方式和算法等。大本說來，在模糊控制理論和應(yīng)用方面應(yīng)加強的主要課題有： 1. 適合于解決工程上普遍問題的穩(wěn)定性分析方法，穩(wěn)定性評價理論體系，控制器的魯棒性分析，系統(tǒng)的可控性分析和可觀測 性判定方法等。 模糊控制理論還有一些重要的理論課題還沒有解決。系統(tǒng)模糊模型就是指采用與系統(tǒng)輸入輸出樣本數(shù)據(jù)相關(guān)的、能基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計 14 表示系統(tǒng)狀態(tài)的一組模糊規(guī)則來描述系統(tǒng)。專家系統(tǒng)方法重視知識的多層次和分類的需要，以及利用這些知識進行推理的計算機組織。專家模糊控制保持了基于規(guī)則的方法和價值和用模糊集處理帶來的靈活性，同時也把專家系統(tǒng)技術(shù)的表達，利用知識的長處結(jié)合進來 ［ 3］ 。專家模糊控制系統(tǒng)是由專家系統(tǒng)技術(shù)和模糊控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。通過改進遺傳算法，按所給優(yōu)化性能指標，對被控對象進行尋優(yōu)學習，從而有效地確定模糊邏輯控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。提高整個系統(tǒng)的學習能力和表達能力，這是日前最受注目的一個課題。模糊系統(tǒng)是建立在“ IFTHEN”表達式之上，這種方式容易讓人理解，但是自動生成、高速隸屬函數(shù)和模糊規(guī)則上卻很困難。兩者的相互滲透和有機結(jié)合必將引起電子產(chǎn)業(yè)和信息科學的新革命。模糊理論結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (Neural Network)和遺傳基因 (Geic Mechanism)形成交叉學科神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊技術(shù)(Neuron Fuzzy Technique)和遺傳基因模糊技術(shù) (Geic Fuzzy Technique)，用于解決單一技術(shù)不能解決的 問題。模糊控制技術(shù)除了在硬件、軟件上繼續(xù)發(fā)展外，將在自適應(yīng)模糊控制、混合模糊控制以及神經(jīng)模糊控制上取得較大的發(fā)展。直 接采用模糊芯片開發(fā)產(chǎn)品已成為趨勢。多年來一直未能解決的穩(wěn)定性分析問題正在逐步解決。 模糊控制理論的改進 目前，模糊控制技術(shù)日趨成熟和完善。 b. 確定模糊條件語句所決定的模糊關(guān)系 R. c. 計算語氣算子所對應(yīng)的模糊集合。 常見的模糊條件推理語句有 “if A then B else c”、“ if A and B then c”等。 c. 模糊推理句 模糊推理句如同模糊判斷句一樣，不存在絕對的真或假，只能說它以多大程度為真。 a. 模糊陳述句 模糊是陳述句是相對于具有清晰概念的一般陳述句而言，指的是該類陳述句中含有基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計 12 模糊概念。 (4) 模糊語句 將含有模糊概念、按給定的語法規(guī)則所構(gòu)成的語句稱為模糊語句。要實現(xiàn)模糊控制，首先必須把采樣的精確值進行模糊化，而模糊化實際上就是用模糊化算子來實現(xiàn)的，所以引入模糊化算子具有十分重要的實用價值。 a. 模糊化算子： 把一個明確的單詞轉(zhuǎn)化為模糊量詞的算子稱為模糊化算子。 (2) 語言算子 語言算子是指如 ”比較 ”,”大致 ”、 ”有點 ”、 ”偏向 ”等前綴詞，根據(jù)這些語言算子的功能不同，經(jīng)常使用的有如下幾類。 iv. M 是詞義規(guī)則。 ii. T(N)是 N 的語言真值集合。 2. 模糊邏輯 模糊命題的真值在 ? ?10， 閉區(qū)間上連續(xù)取值，因此稱研究模糊命題的邏輯為連續(xù)性邏輯，由于主要用它來研究模糊集的隸 屬函數(shù)，也稱為模糊邏輯。 模糊控制的理論基礎(chǔ) 1. 模糊命題 模糊命題是清晰命題的推廣，清晰命題的真假相當于普通集合中元素的特征函數(shù)，而模糊命題的真值在 ? ?10， 閉區(qū)間取值，相當于隸屬函數(shù)值。 那么，上述 BRA ?? 就是從輸入到輸出的模糊變換過程，也就是從輸入量 A 通過輸入輸出關(guān)系 r，求取輸出量 b 的過程，所得的結(jié)果 b 就是輸出控制模糊量。,2,11 ??? ???? ? () (4) 模糊變換 設(shè) ? ?maaaA ?21? 是一個 m維模糊向量，而 ?????????????mnmmnnrrrrrrrrrR???????212222111211 () 是一個維模糊向矩陣表示的模糊關(guān)系，則稱 BRA ?? ()為一個模糊變換，它可以確定一個唯一的 n 維模糊向量 ? ?nbbbB ?21? 。 ”，它用來代表模糊矩陣的相乘，與線性代數(shù)中的矩陣乘極為相似，只是將普通矩陣運算中對應(yīng)元素間相乘用小運算“ ? ”來代替，而元素間相加用取大“ ? ”來代替，具體定義如下： 設(shè)兩個模糊矩陣 ? ?nmijpP ??， ? ?lnijqQ ??合成運算 QP? 結(jié)果也是一個模糊矩陣，則? ? lmikrR ?? 。 (3) 模糊矩陣 當 ? ? ? ?niyYmixXii ,2,1|,2,1| ?? ????是有限集合時，則YX? 的模糊關(guān)系可用下列 nm? 階矩陣來表示 ?????????????????????mnmjmminijiinjnjrrrrrrrrrrrrrrrrR????????????????2121222221111211 () 式中元素 ? ?iiRRij yxr ,?? ?? ，該矩陣稱為模糊矩陣，簡記為： ? ?nmijrR ??。 設(shè) YX? 為集合 X 到 Y 的直積集 ,R 是 YX? 的一個模糊子集 ,它的隸屬函數(shù)為? ?yyXxR ?? ,? ,這樣就確定了 X 與 Y 的模糊關(guān)系 R,由隸屬函數(shù) ? ?yxA ,? 刻畫 ,函數(shù)? ?yxA ,? 代表序偶 ? ?yx, 具有關(guān)系 R 的程度。 x 與 y 無某種關(guān)系，即 x_R y。 4. 模糊關(guān)系 (1) 關(guān)系 客觀世界的各事物之間普遍存在著聯(lián)系，描寫事物之間聯(lián)系的數(shù)學模型之一就是關(guān)系，常用符號 R 表示。 x對 A的歸屬次數(shù)和 n 的比值就是統(tǒng)計出的元素 x對 A 的隸屬函數(shù)： ? ? nAxx nA 次數(shù)?? ??lim? () 當 n 足夠大時，隸屬函數(shù) )(xA? ,是一個穩(wěn)定值，但對于現(xiàn)實的實驗中 ,由 于各類條件限制， n 不能過于太大，所以，采用