【正文】 用：?jiǎn)纹瑱C(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 （5）單片機(jī)在商業(yè)營(yíng)銷設(shè)備中的應(yīng)用：在商業(yè)營(yíng)銷系統(tǒng)中已廣泛使用的電子稱、收款機(jī)、條形碼閱讀器、IC卡刷卡機(jī)、出租車計(jì)價(jià)器以及倉(cāng)儲(chǔ)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、商場(chǎng)保安系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、冷凍保險(xiǎn)系統(tǒng)等都采用了單片機(jī)控制。 （4）單片機(jī)在辦公自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用：現(xiàn)代辦公室使用的大量通信和辦公設(shè)備多數(shù)嵌入了單片機(jī)。（3）單片機(jī)在日常生活及家用電器領(lǐng)域的應(yīng)用：自從單片機(jī)誕生以后，它就步入了人類生活，如洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)器、電子玩具、電飯煲、視聽(tīng)音響設(shè)備等家用電器配上單片機(jī)后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛(ài)。機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集成機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品，例如微機(jī)控制的車床、鉆床等。它的應(yīng)用遍及各個(gè)領(lǐng)域，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）單片機(jī)在智能儀表中的應(yīng)用：?jiǎn)纹瑱C(jī)廣泛地用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，并可以提高測(cè)量的自動(dòng)化程度和精度，簡(jiǎn)化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價(jià)格比。由于單片機(jī)的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)更使其價(jià)格十分低廉，其性能價(jià)格比極高。為了提高速度和運(yùn)行效率，單片機(jī)已開(kāi)始使用RISC流水線和DSP等技術(shù)。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 （3）低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品 為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，～，而工作電流僅為數(shù)百微安。單片機(jī)程序指令，常數(shù)及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故可靠性高。 單片機(jī)的特點(diǎn)（1）高集成度，體積小，高可靠性 單片機(jī)將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。自單片機(jī)誕生至今，已發(fā)展為上百種系列的近千個(gè)機(jī)種。目前這方面的工作逐漸得到重視[4][5][6]。(3)控制器評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。(2)控制器參數(shù)調(diào)整。從目前模糊PID控制器研究和應(yīng)用的情況來(lái)看，以下幾個(gè)方面是今后工作的重點(diǎn)：(1)模糊PID控制器的結(jié)構(gòu)。 模糊PID控制器的發(fā)展展望模糊控制器并不像常規(guī)控制器有固定的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗谝韵聨追矫鏇](méi)有確定的標(biāo)準(zhǔn)：(1)隸屬函數(shù)的形式；(2)模糊子集個(gè)數(shù)；(3)規(guī)則的基本形式；(4)推理機(jī)制和解模糊方式。自從1974年第一臺(tái)模糊控制器[2]誕生以來(lái)，人們對(duì)模糊控制器的研究投入了極大的熱情，一些實(shí)用的模糊控制器相繼的完成，在許多領(lǐng)域獲得了成功的應(yīng)用[3]，同時(shí)模糊控制器集成硬件也已出現(xiàn)(如El本富士電機(jī)公司的FRU1TAX；英國(guó)Image Automation公司的LINK man等)。1964年Zadeh教授提出模糊數(shù)學(xué)和模糊控制的概念，對(duì)于不明確系統(tǒng)的控制有極大的貢獻(xiàn)，自七十年代以后的20多年的時(shí)間里模糊理論得到了飛速的發(fā)展。換言之，傳統(tǒng)的控制理論對(duì)于明確系統(tǒng)有強(qiáng)而有力的控制能力，但對(duì)于過(guò)于復(fù)雜或難以精確描述的系統(tǒng)，則顯得無(wú)能為力了。 模糊控制的產(chǎn)生背景在傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域里，控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模式的精確與否是影響控制優(yōu)劣的最主要關(guān)鍵，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的信息越詳細(xì)，則越能達(dá)到精確控制的目的。主要包括其中的模糊量化處理、模糊控制規(guī)則、模糊決策、非模糊化處理等環(huán)節(jié)組成的模糊控制器。隨著單片機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，今后將出現(xiàn)更精確的PID控制算法和PID控制器，來(lái)解決上述以及其他的一些工業(yè)中的控制問(wèn)題。 PID控制的發(fā)展方向PID控制發(fā)展至今已經(jīng)有智能PID控制、模糊PID控制、自適應(yīng)PID控制、參數(shù)自整定PID控制等，而PID控制器的精髓在于其控制算法。PID在控制非線性、時(shí)變、耦合及參數(shù)和結(jié)構(gòu)不確定的復(fù)雜過(guò)程時(shí)，工作地不是太好。因此，許多自身整定參數(shù)的PID控制器經(jīng)常工作在自動(dòng)整定模式而不是連續(xù)的自身整定模式。如果自整定是基于控制律的，經(jīng)常難以把由負(fù)載干擾引起的影響和過(guò)程動(dòng)態(tài)特性變化引起的影響區(qū)分開(kāi)來(lái)，因此受到干擾的影響控制器會(huì)產(chǎn)生超調(diào)，產(chǎn)生一個(gè)不必要的自適應(yīng)轉(zhuǎn)換。閉環(huán)工作時(shí)，要求在過(guò)程中插入一個(gè)測(cè)試信號(hào)。但PID參數(shù)復(fù)雜繁瑣的整定過(guò)程一直困擾著工程技術(shù)人員，因此研究PID參數(shù)整定及自整定技術(shù)具有十分重大的工程實(shí)踐意義[1]。 PID控制的應(yīng)用在工業(yè)過(guò)程控制中，目前采用最多的控制方式依然是PID方式，即使在工業(yè)較先進(jìn)的國(guó)家，PID控制的使用率也達(dá)84．5％。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。使其可以通過(guò)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行程序更改，完成PID的參數(shù)整定，從而來(lái)完成對(duì)不同被控對(duì)象的最優(yōu)控制。設(shè)計(jì)系統(tǒng)的模糊PID控制器，假設(shè)系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型，靈活應(yīng)用PID各種方法得出PID參數(shù)值、模糊PID參數(shù)值，并用simulink進(jìn)行仿真，得出相應(yīng)的控制曲線，對(duì)比其優(yōu)缺點(diǎn)。 課題簡(jiǎn)介本次設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為載體，利用其他相關(guān)芯片，完成對(duì)不同被控對(duì)象的模糊PID綜合控制系統(tǒng)，即用一套設(shè)備可以完成對(duì)不同對(duì)象的模糊PID控制。模糊PID控制應(yīng)用范圍廣泛，液位控制、溫度控制、壓力控制等，就連我們?nèi)粘Ｊ褂玫娜詣?dòng)洗衣機(jī)中，也應(yīng)用了模糊控制。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。目前，國(guó)內(nèi)外的模糊PID控制大多以單片機(jī)為載體進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)也不例外。但模糊控制易受模糊規(guī)則有限等級(jí)的限制而引起穩(wěn)態(tài)誤差。但它的性能取決于參數(shù)的整定情況，對(duì)那些對(duì)象模型復(fù)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(shí)間短，超調(diào)小的技術(shù)要求。PID控制器產(chǎn)生于20世紀(jì)30年代末期，從最初的模擬控制器到現(xiàn)在的數(shù)字控制器，經(jīng)過(guò)人類廣泛的理論研究和豐富的應(yīng)用實(shí)踐，PID控制取得了巨大的發(fā)展，PID控制器也是工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛最成功的一種控制器。PID控制作為自動(dòng)控制的典型，在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用已達(dá)90%以上。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.This paper mainly centered fuzzy PID controller. Introduce the past, status and future development trend of the PID controller and the fuzzy MCU and fuzzy PID control designe a Fuzzy PID controller based MCU. Consider the AT89S52 MCU as a carrier, using 8155 chip, A \ D converter, D \ A converter ,plete the hardware and software design of the fuzzy PID controller based MCU.Keyword: PID control MCU Fuzzy control目 錄第一章 引 言 1 課題研究背景及意義 1 課題簡(jiǎn)介 1第二章 控制器簡(jiǎn)介 2 PID控制器 2 模糊PID控制器 3 單片機(jī) 4 可行性分析 6第三章 模糊自整定PID控制器的設(shè)計(jì) 7 模糊控制器的設(shè)計(jì) 7 模糊PID控制器的設(shè)計(jì) 11 PID參數(shù)對(duì)控制性能的影響 15 模糊自整定 PID 控制器性能的研究 17第四章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 28 基于單片機(jī)的模糊PID綜合控制系統(tǒng)的控制回路 28 單片機(jī)的選擇 29 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇及連接 32 D/A轉(zhuǎn)換器的選擇及連接 36 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展簡(jiǎn)介 40 存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 40 I/O口的擴(kuò)展（8155擴(kuò)展芯片） 44 鎖存器 47 系統(tǒng)的部分主要電路 48第五章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 56 主程序流程圖 56 T0中斷服務(wù)程序 56 采樣子程序 57 模糊PID校正程序流程圖 57 控制部分輸出程序 58結(jié) 論 60謝 辭 61參考文獻(xiàn) 62附 錄 63第一章 引 言 課題研究背景及意義隨著科技的飛速發(fā)展，一個(gè)國(guó)家自動(dòng)化程度的高低，已經(jīng)成為衡量其發(fā)展水平的重要標(biāo)志。本文主要以AT89S52單片機(jī)作為載體，利用8155芯片、A\D轉(zhuǎn)換器、D\A轉(zhuǎn)換器等主要元件進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的模糊PID控制器的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。本文主要圍繞模糊PID控制器進(jìn)行研究，主要研究PID控制器以及模糊控制的過(guò)去、現(xiàn)狀以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。這就是說(shuō)，單一的PID控制或單一的模糊控制都有其自身的不足，因此，分析它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)，考慮可以把它們相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，形成模糊PID控制。而模糊控制的魯棒性好，無(wú)需知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，且在快速性方面有著自己的優(yōu)勢(shì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 基于單片機(jī)的模糊PID綜合控制系統(tǒng)學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí)　自動(dòng)化062 所在院系　　　　電氣信息學(xué)院　　　　指導(dǎo)教師　　職稱　　　　所在單位　　　　自動(dòng)化教研室　　　　教研室主任　　　　　　　　　　　完成日期 2010年6月25日摘　　要PID控制（Control of Proportion Integration Differentiation）就是比例、積分、微分控制。它的性能取決于參數(shù)的整定情況，對(duì)那些對(duì)象模型復(fù)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(shí)間短，超調(diào)小的技術(shù)要求。但模糊控制易受模糊規(guī)則有限等級(jí)的限制而引起穩(wěn)態(tài)誤差。此外，考慮把模糊PID控制和當(dāng)今新型的、性能較好的單片機(jī)結(jié)合在一起，更好的發(fā)揮他們的作用。借助單片機(jī)，應(yīng)用模糊PID控制，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于單片機(jī)的模糊PID控制器。關(guān)鍵詞：PID控制器 單片機(jī) 模糊控制ABSTRACTThe proportional integral derivative (PID) controller is Control of Proportion Integration Differentiation. It performance depends on the situation that parameters sets, those control systems whose object model plex and uncertain accurate have great limitations, and its relationship between rapidity and overshoot make it impossible to meet regulating time and short overshoot technical requirements. The robust of the fuzzy control is effective, without knowledge of the controlled object39。而工業(yè)控制的水平又是反映自動(dòng)化程度的關(guān)鍵。所謂PID控制（Control of Proportion Integration Differentiation）就是比例、積分、微分控制。PID控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。而模糊控制的魯棒性好，無(wú)需知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，且在快速性方面有著自己的優(yōu)勢(shì)。這就是說(shuō)，單一的PID控制或單一的模糊控制都有其自身的不足，因此，分析它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)，把它們相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，形成模糊PID控制。單片機(jī)已經(jīng)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。因此，把模糊PID的控制算法和單片機(jī)結(jié)合在一起，更好的發(fā)揮他們的作用。本次進(jìn)行模糊PID控制器的設(shè)計(jì)，使模糊PID更好的發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，達(dá)到人們需要的控制效果，進(jìn)而提高我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化水平。根據(jù)題目?jī)?nèi)容要求，設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)是，利用單片機(jī)以及其它相關(guān)芯片，設(shè)計(jì)出一套硬件設(shè)備，使其適應(yīng)不同的被控對(duì)象。設(shè)計(jì)系統(tǒng)的部分硬件電路圖，設(shè)計(jì)軟件流程圖。第二章 控制器簡(jiǎn)介 PID控制器 PID控制的產(chǎn)生背景PID控制器產(chǎn)生于20世紀(jì)30年代末，從最開(kāi)始的模擬控制器到現(xiàn)在的數(shù)字控制器，經(jīng)過(guò)廣泛的理論研究和豐富的應(yīng)用實(shí)踐，取得了巨大的成功，是工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛也最成功的一種控制器。PID控制器問(wèn)世至今已有近70多年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。也就是說(shuō)當(dāng)我們不完全