基于模糊控制的恒温控制系统设计
基于模糊PID的温度控制系统设计分析
技大学,2013. [2] 郝少杰,方康玲.基于模糊PID参数自整定的温度控制系统的研究
[D].武汉:武汉科技大学,2011. [3] 何荣誉.基于模糊PID的电热炉温度智能控制系统[D].长沙:湖南
大学,2014.
作者简介 朱学飞（1984－），男，新疆人；学历：硕士，职称：讲师，现
1 PID控制算法概述 1.1 常规PID控制原理 PID控制器较为简单，其工作原理是一种线性控制方式，
根据系数变动而发生变化。通过控制器发生比例作用（P）、微 分作用（I）、积分作用（D），将3项结果相加，就可得到控制 器输出参数。3个参数各司其职，比例部分可以消除微差，微分 部分可帮助减少静态误差，积分部分可帮助缩短调节时间[2]。 这3个变量如能完美搭配，可呈现出极好的控制效果，使温度控 制系统运行快捷、功能稳定，准确地将对象的温度调整到理想 状态，实现温度控制目标。
2 模糊PID在温度控制器中的具体应用
温度控制系统是应用PID控制器为控制核心最常见的一种
设备。对温度的控制实际是将温度数值作为调控目标。目前， 常见的应用是模糊自整定参数调整。
常见的温度控制系统由温度采样结构、反馈电路、半导体 制冷器、驱动电路以及保护电路组合而成[3]，多采用单闭环形 式。工作流程如下：
3 结束语 本文提出的基于模糊PID的温度控制系统，实际也是一种基
于继电器反馈的参数自整定PID控制系统，其能实现在线自适应 调整输出参数，用于工业温度控制系统的控温效果显著。随着科 技发展，逐渐出现了基于人工智能、遗传理论的更深层次的复合 模糊控制算法，这些技术必将为PID的长远发展添加助力。
1.2 常规PID控制器缺陷 然而常规的PID控制器具有的滞后性、时变性使得参数不 稳定，无法在规定时间内获取一个稳定的值，相应的各项参数 误差过大，无法达到目标控制效果，严重地甚至会引发设备故 障，影响产品质量和项目进度，造成生产损失。基于此，模糊 控制算法应运而生。 1.3 模糊PID （1）模糊控制的原理。模糊控制的原理是结合基于模糊 控制算法的PID参数整定与模糊理论，利用PID的3个参数对其 加以整定，进而构建一个功能完善、参数变化相对稳定的PID 控制器。模糊控制算法是将模糊化的控制规则存储在系统的控 制设备中，这些控制规则主要是熟练技术人员的实践操作经验 和一些专家提出的设计理念，可视为一种规则库。当使用模糊 控制器时，系统会将传感器回传的监测信号进行模糊化分析， 并在规则库中进行实时对比分析，匹配后得出最终的输出信 号。这一控制器主要由模糊集理论、模糊语言的变量和模糊控 制算法的识别与逻辑推理3个模块构成。 （2）模糊自适应原理。一般来说，模糊自适应PID是通过 模糊推理误差和误差变化率，并将推理结果与模糊规则库中的 数据和规则进行对比分析，进而进行参数的整定。这一环节主 要是根据传感器信号经过不断的修正过程，最终确定3个修正后 的参数数值，使得输出的信号更精准，最后达到的控制效果才 能满足预期。
基于模糊PID的温度控制系统
关键 词 ： 温度控 制 ； 糊 ＰＤ； 模 Ｉ 隶属 函数 ； 制规 则 控 中图分类 号 ： Ｐ ７ ． Ｔ ２４ ５
控制 温度 的作 用 。
・
丝 的加热 过程 ， 目标 温度趋 于稳定 。 使
收 稿 日期 ： ０ ７０ — 。 ２ ０ －８ １ ７
７ ・ ７
维普资讯
・
计 算 机 与 自动 化技 术 ・
电 子 工 蠢 师
２０ ０ ８年 ５月
２ 模糊 ＰＤ设计 Ｉ
模糊 逻辑 控制 技 术作 为 一 种新 的控 制 技 术 ， 以 可
可 以显示 ２组 ０～ ９ ９数字 。 ９９
（ 宽调制 ） 相触发 等 部分 组 成 ， 图 １ 示 。温度 脉 移 如 所 传感 器测 量温 度变 化 ， 度信 号通 过 信 号 调 理 以及 低 温
通滤 波后 由 Ａ Ｄ转换 芯 片转换成 数 字 信号 ， 馈 给单 ／ 反
Ａ Ｄ转 换 部 分 由 ｌ ／ ２位 高 速 微 功 率 Ａ Ｄ转 换 器 ／ Ａ Ｓ ８ ２及 其外 围器件 组 成 ， 有 良好 的精 度 和 线性 Ｄ７２ 具 度 ， 以 满 足 大 范 围温 度 检 测 的需 要 。输 出 部 分 由 可
０ 引
言
温度 控制在 实 验或生 产过 程 中有着 十分 重要 的作 用， 控制 对象往 往具 有 非 线性 、 滞后 、 惯性 和 时变 大 大 性 的特点 。其 中 ， 的参 数未 知或缓 慢 变化 ， 的存 在 有 有 滞后 和 随机干 扰 ， 难用 数学 方法建 立 精确数 学模 型 ， 很 用传 统 的控制 理论 和 方法 很 难 达 到较 好 控 制 效 果 ｊ 。 ＰＤ控制具 有 响应快 、 确度 高等 特 点 ， 也 存 在 自适 Ｉ 精 但
基于模糊控制的温度控制系统设计
第3章系统硬件及软件设计3.1 温度传感器的设计温度传感器DS18B20具有3个管脚DQ，GND以及VDD。
DQ为数据输入输出接口，GND为接地线，使用一个上拉电阻与单片机 AT89C51连接。
VDD为电源接口，此电源接口可以使用数据线和外部电源两种方式，电压范围3.0～5.5V。
本系统采用外部电源供电方式。
传感器 DS18B20 的内部构成为如下四个部分：64位光刻ROM，温度报警触发器以及温度传感器和高速暂存器[14]。
64位光刻ROM 是出厂前就内置在传感器中的，可以像计算机一样把它当作是DS18B20 的地址序列号。
所以不同的传感器它的地址序列号是不同的。
组成测量系统时，DS18B20传感器与单片机连接方法是传感器的VCC接外部电源，GND接地，I/O接口与单片机的I/O线直接连接[15]。
测温过程中AT89C51与DS18B20的工作流程是：AT89C51首先对传感器进行初始化，然后才开始执行操作命令，操作指令执行完毕后对存储器操作和数据操作。
单片机首先检测LED的状态，如未初始化首先进行初始化，然后检测传感器是否有接好。
未接传感器就等待，传感器接好就进行传感器的初始化。
初始化完毕后发送命令让传感器采集温度，接收温度信息同时传送到LED上让它显示出来。
流程图如图 3.1所示：开始初始化LEDNDS18B20是否接好YDS18B20初始化采集温度值结束图3.1温度测量流程图3.2液晶显示部分设计1602LED 液晶显示具有显示清楚、亮度可调、工作电压低、使用寿命长的优点，在显示模块中通常都使用LED 来显示各种数字以及符号。
它的使用现在也十分流行广泛。
1602LED 液晶显示包括动态和静态两种显示方式。
单片机首先检测 1602LED 的状态，如未初始化首先进行初始化，然后检测传感器是否有接好。
未接传感器就等待，传感器接好就进行传感器的初始化[16]。
初始化完毕后发送命令让传感器采集温度，接收温度信息同时传送到 LED 上让它显示出来。
基于模糊控制算法的温度控制系统的设计自动化专业毕业设计毕业论文
基于模糊控制算法的温度控制系统的设计电气自动化专业摘要：以AT89C2051单片机为模糊控制器，结合温度传感变送器、A/D转换器、LED 显示器、固态继电器等，组成一个基于模糊控制算法的温度控制系统。
在此系统中，单片机将给定的温度与测量温度的相比较，得出偏差量。
然后根据模糊控制算法得出控制量。
采用模拟的PWM控制方法，改变同一个周期中固态继电器的导通时间，从而调节电炉温度，达到控制的目的。
从仿真结果可以看出，系统达到了预期目标。
关键词：单片机；模糊控制；测量变送Abstract: Using the AT89C2051 single chip computer as the Fuzzy controller, with temperature measure and adjust-convection instrument, A/D transformer , LED displayer, solid switch and so on, form a temperature control which based on Fuzzy control arithmetic.In such system, the single chip computer educe the control value based on the difference between the initialization and the measure value.Solid switch used as a analog PWM converter executor, change the close time in a decided periods, which aimed at control the temperature.Seen from the emulation result, system has reach the target.Keywords:Single chip microcomputer, Fuzzy control, measure and adjust-convection1引言温度控制在工业自动化控制中占有非常重要的地位。
基于模糊控制的水温控制系统设计与实现
模糊语言控制规则可归纳为：
将模糊关系集合记为R，为多段型[8]，则R为：
采用四舍五入取整后的结果u'=-2，即在当前温度测量值Ti远高于温度设定值Ts时，采用PWM控制技术能比较大幅度地减小电热丝的发热功率，甚至开通制冷设备。
3 系统测试及结果分析
模糊控制理论的基础是模糊集合理论，由美国加尼亚大学ZADEH L A教授于1965年首先提出，1973年他给出了模糊控制的定义及相关定理[5]。1974年，英国MAMDANI E H首先用模糊控制语句设计模糊控制器，并成功用于锅炉和蒸汽机的控制，这一工作标志着模糊控制理论的诞生[6]。模糊控制系统基本结构。
由于水在加热过程中难以获得精确的数学模型，控制参数变化范围大，采用传统PID控制难以解决系统稳定性和准确性的问题[3]。本系统充分发挥模糊控制的鲁棒性好、动态响应好、上升时间快和超调小的特点，在实际应用中取得了较好的效果。系统还具有成本低、可移植性强等特点。
1系统硬件设计
系统选用与MCS-51系列兼容的STC89C52单片机，它是一种低功耗、高性能、CMOS 8位微处理器[4]。本文就通过STC89C52单片机来实现自动控制水温系统的设计，使水温能够在30℃~90℃实现恒定温度调节。该自动控制水温系统能及时反映当前系统工作区的温度信息，温度信息通过液晶屏直观地显示给用户，用户可根据自己对水温的实用要求，通过键盘自行设定温度，还设置了温度超限报警，系统结构，单片机工作稳定，不会因电压不稳定而出现反复复位的情况。
1.2 系统电路设计
系统采用按键输入设定温度，液晶显示屏LCD1602上实时显示预设温度和由DS18B20测得的实时水温。通过测取温度误差，经过模糊算法来控制执行器件的具体操作。当控制温度低于30℃或是高于90℃时，系统会通过蜂鸣器报警。系统控制电路设计。
基于模糊PID和单片机的温度控制系统设计_0
基于模糊PID和单片机的温度控制系统设计温度控制系统在多种类型的生产设备上都有应用，并且系统运行效果直接决定着生产设备的运行稳定性与安全性，因此有必要优化和改良温度控制系统设计，提高系统运行效果。
基于此，本文介绍了一种基于模糊PID和单片机的温度控制系统设计，从硬件设计和软件设计两方面入手，对温度控制系统设计进行了全面分析和介绍。
标签：模糊PID;单片机;温度控制系统;硬件;软件引言：模糊PID是一种现行控制，其核心基础为PDI算法，将误差e和误差变化率ec作为输入，利用模糊规则进行模糊推理，从而通过查询模糊矩阵表去调整参数，以此满足不同时刻e和ec对PID控制的参数自整定要求。
基于模糊PID和单片机的温度控制系统设计可以实现对温度的弹性控制，境地温度信号延迟以及滞后，进而使得温度控制系统模型更加稳定，提高温度控制系统的控制效果。
一、温度控制系统硬件设计（一）系统硬件电路设计基于模糊PID和单片机的温度控制系统设计基于传统的温度控制系统，系统硬件电路大体一致，可以分为八个部分，分别为单片机控制模块、温度检测模块、电源稳压模块、温度设定模块、过零检测模块、驱动控制模块、温度蜂鸣报警模块以及温度LED现实模块。
需要根据温度控制系统实际应用需求以及所要达到的控制效果进行合理设计，构建一个完整且运行高效的系统硬件电路[1]。
温度控制系统硬件连接方式如图1所示。
（二）温度传感器选择基于PID和单片机的温度控制系统设计主要设备包括传感器、控制仪表、单片机等。
其中，在选择温度控制系统传感器的时候，要选择结构加单、可好性高的新型智能温度传感器，例如美国DALLAS半导体公司研发并推出的单总线器件DS18B20传感器，具有“一线总线”以及经济适用等特点，可以更加容易组建傳感器网络。
该传感器的温度控制范围在-55℃到125摄氏度之间，在-10℃到85℃区间范围内可以达到±0.5℃的测量精度。
智能型温度传感器采用了符号扩展的16位数字量方式，实现了串行输出，温度控制系统的抗干扰性得到了极大提升，可以适用于多种恶劣操作环境。
《基于模糊PID的高精度温度控制系统》
《基于模糊PID的高精度温度控制系统》一、引言随着工业自动化程度的不断提高，高精度温度控制系统的需求日益增加。
在许多工业应用中，如化工、食品加工、冶金和医药等领域，对温度的精确控制显得尤为重要。
为了满足这些需求，传统的PID控制算法虽已得到广泛应用，但仍存在一些不足，如对非线性系统和外部干扰的鲁棒性较差。
因此，本文提出了一种基于模糊PID的高精度温度控制系统，旨在提高系统的控制精度和鲁棒性。
二、模糊PID控制原理模糊PID控制是一种将模糊控制和PID控制相结合的智能控制方法。
它通过引入模糊逻辑来优化传统的PID控制算法，使其能够更好地适应非线性系统和外部干扰。
1. 模糊逻辑原理模糊逻辑是一种处理不确定性和近似性的方法。
它通过将人类的经验和知识转化为模糊规则，实现对复杂系统的智能控制。
在模糊PID控制中，模糊逻辑主要用于调整PID控制器的参数，以适应不同的工作条件和外部环境。
2. PID控制原理PID控制是一种基于误差的反馈控制算法。
它通过比较系统输出与期望值之间的误差，计算出一个控制量来调整系统。
在温度控制系统中，PID控制器根据温度传感器测得的实时温度与设定温度之间的误差，计算出加热或冷却的控制量，以实现温度的精确控制。
三、基于模糊PID的高精度温度控制系统设计基于模糊PID的高精度温度控制系统主要由模糊控制器、PID控制器、执行机构和温度传感器等部分组成。
其中，模糊控制器和PID控制器是系统的核心部分。
1. 模糊控制器设计模糊控制器是系统的智能部分，它根据系统的实时状态和历史数据，通过模糊逻辑推理出合适的PID控制器参数。
模糊控制器的设计包括模糊化、知识库、推理机和去模糊化等部分。
其中，模糊化是将实时数据转化为模糊变量；知识库包括模糊规则和参数；推理机根据模糊规则和参数进行推理；去模糊化是将推理结果转化为实际的控制量。
2. PID控制器设计PID控制器是系统的执行部分，它根据模糊控制器输出的控制量，计算出实际的加热或冷却控制量。
基于模糊控制的温度管理系统设计与实现
基于模糊控制的温度管理系统设计与实现温度管理系统在生活中扮演着至关重要的角色，尤其是在工业和生产环境中。
它确保了独特的气候条件和维持特定的温度范围，以保证生产和质量控制的一致性。
模糊控制是一种广泛使用的控制技术，它可以被应用于许多应用程序，包括温度管理系统。
本文将介绍基于模糊控制的温度管理系统设计与实现。
一、系统概述基于模糊控制的温度管理系统的基本设计思想是在指定的时间内，根据实时环境信息就当前温度控制结果做出“模糊”的判断，进而自动控制升温或降温。
系统要求稳定，高效，并且具有可靠性、智能化、自我调节等特点。
温度管理系统的组成部分是一个用于读取和处理环境数据的传感器，用于控制升温和降温的执行器。
二、温度控制算法在基于模糊控制系统中，模糊逻辑变量的定义是基于控制器的输入和输出变量之间的非精确联系和对响应变量的限制引起的不确定性。
温度管理系统的控制器的输入变量是当前温度差异和环境温度，输出变量是系统设备的指令。
为了初始化控制器变量，还有一个初始温度变量，该变量表示最初温度设置的目标点。
系统的控制基本流程是检查设备状态，检测当前温度和环境温度，控制设备使温度达到设定范围。
三、实现方式基于模糊控制的温度管理系统可以使用许多开放源代码的软件环境进行实现，例如使用Linux环境，并使用Python和R的编程语言。
已经对支持语言进行修改，以便更好地控制自定义呼叫（例如测试呼叫和控制呼叫等）。
此外，在Python编程中，使用像skFuzzy和FuzzyLite等库，为控制识别器生成语言模型和规则集。
这些库支持定义输入输出变量，规则定义和调用。
基于模糊控制的算法已经应用于各种不同的应用程序中，包括物联网中的设备开关，车辆控制，机器人控制等。
四、采用的技术方案本设计使用Python 3环境编写，采用skFuzzy和FuzzyLite库作为算法支持，它们都提供简单易用的API，可用于物联网环境中的现场温度程序控制。
此外，还需要安装有用于数据传输和处理的库，如pandas和matplotlib。
基于模糊控制的智能家居温控系统设计与仿真
Vol. 22 No. 6Noe.2019第 22 卷第 6 期2019 年 11 月西安文理学院学报！自然科学版)Journal of Xin University ( Natural Science Edition )文章编号：1008-5564 (2019) 06-0054-04基于模糊控制的智能家居温控系统设计与仿真李中望1,余云飞打吴昌飞2（1.芜湖职业技术学院电气工程学院，安徽芜湖241006；2.芜湖市晨曦新型建材科技有限公司，安徽芜湖241080）摘要:温度控制系统是智能家居体系的重要子系统，直接关系到住户的舒适度.传统的温度控制系统主要采用反馈控制，即使我们尝试实施常规的PID 控制也无法获得理想的控制效果.因此，在智能 家居环境下的温度控制系统中，尝试采用基于模糊PID 控制的方法,经过仿真分析，系统的稳定性和动 态性能都得到了显著提升.关键词:温度控制;设计;仿真中图分类号:TP273 文献标志码：ADesign and Simulation of Smart Home TemperaterrControl System Basee on Fuzzy ControlLI Zhony-wany 1，YU Yun-fei 1，WU Chany-fei 2（1. Schoai of Electrical Enyineeriny ，Wuhu Institute of Technoloyy ，Wuhu 241006，China ；2. Wuhu Chenxi New Buildiny Mawaalr Techoloyy Co.，LtU ，Wuhu 241080，China ）Abstracr : Temperature conUcO system is an irnpoamt subsystem of smai home system ，which is directly related to tUe comfoa of households. The traditional temperature conUcO system main ly adopts feedback control ，even if we to to irnplement the conventional PID control ，we cm notaehte3th3d3sted eonteoe3o et.Th3eooe ， tn th3tmp3eatue eonteoessstm oosmaet home environment ，the method based on fuzzy PID controO is attempod. Through simulation a- nalysis ，the stability and dynamic performance of tUe system have been siynificantty ieproved.Key WO i C s : temperature controO ; desiyn ； simulation伴随着科技的进步，人们的生活水平不断提高•近年来，人工智能和物联网技术迅猛发展，直接带动 了智能家居产业蓬勃兴起•智能家居是以住宅为平台，基于多种关联技术构成的个性化家居系统，经过 对各种数据的收集和科学分析，为用户提供符合个性需求的服务•智能家居广泛融合了信息技术、网络 通信、智能控制等多门学科.有效提升智能家居产品智能化程度，进一步改善用户体验感受，降低用户使 用门槛是目前进行相关研究的重要方向•将各种技术应用到智能家居控制系统中，较大程度地提高产品 的智能化程度和用户体验，项目的研究具有较大的理论和实用价值，意义重大[1] •收稿日期：2019-03-07基金项目：安徽省高校自然科学研究资助项目"KJ2017A557&KJ2019A0974）；安徽省2017年度高校优秀青年人才支持计划项目"yyqZD2017140）；芜湖职业技术学院校级科技创新团队建设项目"Wzykj2018A03）作者简介:李中望"1982$），男，安徽芜湖人，芜湖职业技术学院电气工程学院副教授，主要从事自动控制技术研究.第6期李中望，等.基于模糊控制的智能家居温控系统设计与仿真55温度控制系统作为智能家居体系中的一个重要子系统,对住户的舒适度产生直接影响•传统的温度 控制系统主要采用反馈控制方法,即通过对输出温度信号进行实时采集,并且通过反馈通道送到系统输 入端，与用户设置信号进行负反馈运算，从而实现自动控制•此种系统的性能往往不能令人满意•在日常 生活中，室内的温度会受到很多方面因素的影响，例如室外自然温度、室内照明装置散发的热量、电气设 备工作散热、用户活动因素等等，而这些都属于不规则的随机干扰量，即使我们尝试实施常规的PID 控 制，也无法获取理想的控制效果.在二十世纪六七十年代,国外控制理论专家提出了模糊集合的概念，实现了模糊性和集合论的统一, 标志着模糊数学的产生[2] •模糊性与随机性不同，主要是用来处理模糊现象•传统的自动控制可以通过建 立系统数学模型加以研究,但随着控制系统的复杂程度越来越高,多因素耦合程度提升，加上非线性因素, 数学模型的获取将十分困难.因此，智能家居环境下的温度控制系统，可以尝试采用基于模糊控制的方法.1基本控制思路温度模糊控制系统的的基本框图如图1所示•图1系统基本框图在整个温度控制系统中,模糊控制器是最核心的环节，主要由以下几部分构成：（1） 模糊化接口：即模糊量化处理模块•主要是用来接收温度给定值与被控对象最终输出间的偏差 量（由模/数转换器传送）•模糊控制器需要将信号由确切量转化为模糊量•在某些特殊情况下，如果控 制器是双输入通道,应考虑根据偏差量计算出偏差变化率，然后再进行模糊量化处理•（2） 模糊控制算法模块:当偏差（或者偏差变化率）的模糊量输入到该模块时,根据知识库（通常是 依据控制经验，提前储存起来的专家知识，可以模拟人类模糊推理能力），完成模糊控制器的输出模糊 量的推理过程•（3） 确切化接口：即去模糊化处理模块.经过模糊控制算法模块输出的是模糊控制量，而在进行实 际温度控制时，必须是确切的值，因此在本环节主要是将模糊运算得到的模糊输出转换成确切的控制 量,以便能够被实际系统所接受，然后再通过数/模转换器变换成模拟量，传递到执行机构[3] •2温度模糊控制器的设计对于在智能家居中应用的温度控制系统而言,对于模糊控制器的设计很关键•在传统的温度自动控制系统中，广泛地采用常规PID 控制方 式，如图2所示.系统中,PID 控制器接收的是温度偏差信号e （4，分别进行比例、积 图2常规PID 控制方式示意图e(f)riiJ 分和微分运算•采用模糊控制器进行设计，可以获得更快的响应速度和更高的可靠性，并且可以大大简 化参数设置过程，对于参数变化也拥有更强的适用性.（1）按照广泛采用的二维模糊控制器结构进行设计，如 图3所示，该种结构可以克服一维模糊控制器动态性能不佳的 缺点，同时避免维数过高、模糊控制规则复杂的问题•本系统中的二维模糊控制器是以室内温度的误差信号和误差的变化量 信号作为输入•图3二维模糊控制器示意图Ea FCU .de/dZ --►EC 1（2）为了有效提高模糊控制的精度,在系统设计的模糊控制器中，选取负大（NB ）、负中（NM ）、负小 （NS ）、负零（NO ）、正零"P0）、正小（PS ）、正中（PM ）、正大（PB ）以及平均值"AZ ）等模糊状态⑷.对于温56西安文理学院学报！自然科学版)第22卷度误差变量,可以选择如下模糊集合：)nb,nm,ns,no,po,ps,pm,pb*对于室内温度变化量信号而言，可以划分7个模糊状态(除了NS和NM).无论对于哪种信号，都可以根据实际情况来选取相应的隶属函数•在现代化的智能家居系统中，根据我们的实际经验来进行语义规则的推导，获得模糊控制的状态表，模糊控制器将以此作为推理的根据.(3)获得控制变量、温度误差和温度误差变化量的模糊集后，可以借助MATLAB中专用的模糊逻辑工具箱，依照实际情况选择相应的算法，进行相应的仿真分析.综合以上分析，本系统最终采用基于自适应模糊控制的PID控制技术,总体采用二维模糊控制器结构,将误差变化率l和误差c作为控制器输入量,依照两个变量的变化，在模糊控制规则表制订的规则之下，对于PIP控制器9-9和9：三个关键参数进行适当地调节，经过模糊化模块、近似推理模块以及模糊数据清晰化处理，得到相应的输出量，加到设计的PIP控制器中，在线调整PIP参数•控制器结构如图4表示.图4PIP控制装置结构3仿真分析系统设计完成后，可以借助MATLAB软件对温度模糊控制系统进行仿真分析,在仿真过程中，可以综合应用SIMULIPK工具箱和模糊逻辑工具箱"Fuzzy Logic Toolbox).其中，SIMULINK是MATLAB最早 开发的仿真环境，特色鲜明•我们可以使用它进行电路或系统的组织或者绘制，在进行仿真参数的设置后，可以启动仿真工作.温度模糊控制系统的运行状态和相关结果可以通过示波器工具(Scope)对仿真曲线和仿真波形进行观测•模糊逻辑工具箱可以通过对函数命令的调用或者应用图形用户界面(G1)来实现模糊推理系统的生成以及编辑'5(•经过对智能家居控制系统的分析，为了更方便地了解基于模糊控制的控制系统的特点，可以建立智能家居温度控制系统的数学模型(传递函数),近似认为该传递函数由比例环节、振荡环节、延迟环节构成：一0.02e]e_——2e2+45+1如果对控制精度要求不高,可以考虑采用基本的PID控制方式.PID控制器是基于数学模型基础建立的，综合考虑被控对象的动静态性能，依据偏差构成控制量,对被控对象进行控制•基本PIP控制器仿真模型如图5所示(各环节系数分别设为0.85,0.15,0.35)•图5PID控制器仿真模型第6期李中望，等•基于模糊控制的智能家居温控系统设计与仿真57如果进行模糊控制，则需要进行模糊控制器的设计，在此过程中，需要通过一定的模糊逻辑算法，遵 循特定的模糊控制规则，对传统的PID 控制器中的比例（P ）、积分（D 、微分（D ）环节的参数实时进行必 要的优化，从而获得更加理想的控制过程•控制规则的制订一般是基于人们的长期经验积累，是通过长 期学习、实践后形成的，它是技术知识的一种集合，操作者经过对被控对象或被控过程的观测，在已有经 验和知识的基础上，进行综合的分析，通过对控制作用的调整，完成预期控制目标.控制装置依据预先设 置的输入信号以及负反馈信号,通过计算获得实际温度与理想温度的偏差c ,同时获得当前偏差变化量 dc ，由模糊规则开启模糊推理过程，之后对模糊化参数进行去模糊化处理（也称解模糊化），最终输出基 于模糊控制的控制器的各项系数'6（•应用MATLAB 软件，进行控制器模型的建立，如图6所示.图7仿真曲线图6模糊控制器仿真模型进行仿真后，可以得到在两种控制模式下的仿真曲线，如图7所示.可以对图中的两条仿真曲线进行对比，不难归纳出,如果温度控制系统采用模糊PID 控制后，仿真曲线的最大超调量更小（稳定性更好），调节时间变短（快速性增强）.此外，模糊PID 控制器的结构简单,无论是硬件设计方面，还是后期软件实现都比较容易•而采用常规的PID 控制器进行温度控制，算法上会比较简单，鲁棒性能得到基本的保证，控制效果也比较好.但这种装置不具备自适应能力，一旦室内情况发生变化，无法实时地在线自整定参数•特别的，如果参数变化超出了一定的范围，整个控制系统的性能将明显受到影响. 因此，对于常规的PID 控制器来说，更多是应用在线性时不变系统中，如果是在非线性时变的系统中应用,控制效果不是十分理4结语温度控制系统是智能家居系统中的重要部分，在智能家居温度控制系统中应用模糊PID 控制器，鲁 棒性更好，控制精度更高,对于环境的适应性也会更强.相应的控制方法也可以广泛地应用到智能家居 的其他子系统中去.［参考文献］:1 ］张继成，陈海涛，欧阳斌林，等•基于光敏传感器的精密播种机监测装置'J ］ •清华大学学报（自然科学版）,2013,52（2） ：265 -268.:2］罗淳•模糊自整定PID 的温室温度控制器的设计'D ］.武汉:武汉科技大学,2009.:3 ］吕小红，周凤星，马亮•基于单片机的电阻炉温度控制系统设计［J ］.微计算机信息,2008,24 （17）:119 -120. :4］戴如俊•基于规则的模糊控制器的改进'D ］.哈尔滨:哈尔滨理工大学,2007.:5］ 丁立军，华亮，陈峰•基于超声波传感器与红外传感器的移动机器人感测系统研制:J ］ •南通大学学报（自然科学版）,2008 ,7 （2）：13-17.:6］周琛晖，冯少怀•基于DS18B20的温度测量系统［J ］ •电脑知识与技术,2009,5 （10） ：2755 -2756.［责任编辑马云彤］。
基于单片机的水温恒温模糊控制系统设计
基于单片机的水温恒温模糊控制系统设计水温恒温在很多工业领域中都是非常重要的，比如在制造过程中需要严格控制水温以确保产品质量，或者在实验室中需要保持水温恒定以保证实验结果的准确性。
为了实现水温恒温，可以采用单片机控制系统进行模糊控制，以更好地调节水温并确保其恒定性。
一、系统设计1.系统组成该水温恒温模糊控制系统包括以下几个部分：1)传感器：用于实时监测水温，通常采用温度传感器来获取水温数据。
2)单片机：作为系统的核心控制部分，负责根据传感器采集的水温数据进行控制算法处理，并输出控制信号给执行器。
3)执行器：负责控制水温调节设备，比如加热器或制冷器，以使水温保持在设定的恒温值附近。
4)人机界面：用于设定水温的目标值、显示当前水温以及系统的工作状态等信息，通常采用液晶显示屏或LED灯来实现。
2.系统工作原理系统工作流程如下：1)单片机通过传感器获取实时水温数据，并与设定的恒温值进行比较。
2)根据实时水温和设定值之间的差异，单片机通过模糊控制算法计算出调节水温的控制信号。
3)控制信号送往执行器，执行器根据信号控制加热器或制冷器对水温进行调节。
4)单片机不断循环执行上述步骤，使水温保持在设定的恒温值附近。
二、模糊控制算法设计模糊控制算法是一种基于模糊逻辑进行推理和决策的控制方法，适用于非线性、不确定性系统的控制。
在水温恒温控制系统中，可以设计如下的模糊控制算法：1.模糊化：将实时水温和设定水温映射到模糊集合，通常包括“冷”、“适中”和“热”等。
2.模糊规则库：根据实际情况，设定一系列的模糊规则，描述实时水温和设定水温之间的关系。
3.模糊推理：通过模糊规则库，进行模糊推理，得到相应的控制信号。
4.解模糊化：将模糊推理的结果映射到实际的控制信号范围内，作为执行器的输入。
通过模糊控制算法设计，可以更加灵活地调节水温，适应各种复杂环境下的恒温控制需求。
三、系统实现在实际系统的实现中，首先需要选择合适的传感器，并设计好传感器的接口电路来获取水温数据。
基于模糊控制的恒温控制系统设计
基于模糊控制的恒温控制系统设计摘要：为了克服热惯性和高温散热较快的影响，基于模糊控制算法，以单片机为基础设计了一套恒温控制系统，并介绍了硬件组成结构和软件控制方案。
实验表明，该系统实现了温度的精确测量和控制，其中静态误差小于0．2℃，恒温控制的标准差小于O．3℃。
同时系统还具有响应速度快、性价比高、可移植性强等优点。
关键词：恒温控制；模糊控制；单片机；AD590 在日常工业生产当中，恒温控制应用非常广泛。
模糊控制技术是通过模仿人的思维方法，运用不确定的模糊信息进行决策以实现最佳的控制效果。
模糊控制所关心的是目标而不是精确的数学模型，即研究的是控制器的本身而不是被控对象。
因此可以利用特殊的控制媒介，研究控制器本身。
本系统以此作为出发点，以单片机为核心控制器，研究模糊控制算法，实现了精确的恒温控制。
并设计了单片机与上位机的通信软件，实现了远程温度控制和温度曲线可视化的功能。
1 系统功能和硬件设计本系统以水温作为测量媒介，以AT89C51 单片机作为核心控制器，以AD590 温度传感器作为采集器，实现温度的采集、控制、传输、显示的功能。
系统采用模糊算法对电热丝的加热时间进行控制，从而达到对水温的控制。
同时通过上位机软件可以进行实时控制和显示温度曲线图等，系统框图如图1 所示。
1．1 温度采集模块温度采集模块实现温度信号采集、信号调理、模／数转换的功能。
主要以集成温度传感器AD590M 为采集主体，经过电压跟随器、差分式减法器、电压放大器、反相器等电路作为信号调理，后输入10 位A／D 转换器TLC1549 进行模／数转换。
电路图如图2 所示。
AD590 是电流型集成温度传感器，具有抗干扰能力强的特点，其输出电流和温度值成正比，且是以绝对温度零度(-273℃)为基准，其线性电流输出为1μA／K，利用10 kΩ的电阻可将电流信号转换为电压信号。
本系统的测量范围为。
基于模糊PID控制的温控系统设计(1)
Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ 是 Ｓａｍｓｕｎｇ 公司为手持设备和一般 类型应用提供高性价比和高性能微控制器解决方案 的 １６ ／ ３２ 位 ＲＩＳＣ 处理器。它采用了 ＡＲＭＴＴＤＭＩ 内 核、０．２５ μｍ 的 ＣＭＯＳ 标准宏单元和存储编译器。它 的 低 功 耗 、精 简 和 出 色 的 全 静 态 设 计 特 别 适 用 于 对 成本和功耗敏感的应用。同时 Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ 还采用了 一 种 新 的 总 线 结 构 ， 即 ＳＡＭＢＡⅡ （ Ｓａｍｓｕｎｇ ＡＲＭ ＣＰＵ 嵌入式微处理器总线结构） ［３］。
图 １ Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ 内部结构图 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ
ＳＩＯＣＫ
３ 温度控制系统硬件设计
温 度 控 制 系 统 硬 件 主 要 由 模 块 组 件 组 成 ［ ４］ 。 系 统硬件的总结构图如图 ２ 所示。
人机接口 ＬＣＤ 显示 触摸屏
ＰＷＭ 定时器
能 实 时 处 理 的 情 况， 采用 Ｓ３Ｃ ４４ＢＯＸ ＣＰＵ 芯片解决。详细介绍了系统的硬件组成及结构， 系统软
件设计采用面向对象程序， 给出了主控制模块的设计流程。实验证明， 在自适应模糊 ＰＩＤ 算法的控
制下该系统的稳态 精度可达到 ±１℃以内。
关键词： 模糊 ＰＩＤ 控制； ＡＲＭ 控制器； Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ ＣＰＵ
人机接口由液晶显示屏、触摸屏组成， 可为操作 人员提供良好的操作环境。本设计选择 Ｃａｓｉｏ ＣＭＤ ５２０ ＴＴ００ － Ｃ１ 型 ＬＣＤ（ ５．１ 吋， ３２０ ×２４０ 像素， 电源电 压 ３．３ Ｖ） ， 可直接和 Ｓ３Ｃ ４４ＢＯＸ 相连。触摸屏选为 ＡＬＰＳ ＬＦＵＢＫ ９０９ ＳＴＮ（ 四 线 电 阻 式 触 摸 屏 ， ３２０ × ２４０ 像素， ５．２ 吋） 。通信链路为一路 ＲＳ－ ２３２ 串行通 信接口。通信口是 Ｓ３Ｃ ４４ＢＯＸ 自身的 ＤＡＲＴ 接口， 具有高速、接口方便的特点， 主要功能是用于测试系 统和计算机的通信。ＪＴＡＧ 接口可对芯 片 内 部 所 有 部件访问， 通过该接口可对系统调试、编程等［９］。
基于模糊PID控制的小流量水温控制系统设计
（0．4，0．6） 3
（0．6，∞） 4
按照理论分析并结合实际调试经验， 可设置
E 和 EC 的隶属度分别如表 3、4 所示。
根据 PID 控制的基本原理，比例系数 Kp 的作用
表 3 隶属度 μE Tab.3 Membership function of μE
等级
E
1
2
3
4
μE
B
0
0
0．3
1
M
0
0．3
2 PID 参数自调整模糊控制器设计
模 糊 PID 控 制 器 由 常 规 PID 控 制 部 分 和 模 糊 推理两部分组成，模糊推理部分实质上就是一个模 糊控制器。 2．1 模糊－PID 控制器设计思想
PID 参数的模糊自整定是找出 PID 三个参数与 误 差 E 和 误 差 变 化 率 EC 之 间 的 模 糊 关 系 ［1］；然 后 在运行中不断地检测 E 和 EC， 再根据模糊控制原 理对三个参数进行在线修改使被控对象具有良好的 动、静态特性。 参数 Kp，Ki 和 Kd 的自调整规律：
文 章 编 号 ：1001-9944(2010)12-0033-04
控制系统
基于模糊 PID 控制的小流量水温控制系统设计
张定学
（武汉工业学院 电气信息工程系，武汉 430023）
摘要：温度恒定是集热器性能测试的一个重要条件，其控制精度对测试结果有重大影响。 文 中设计了一套两级温度控制系统， 该系统的次级温度调节采用了PID参数自调整模糊控制 技术， 使闭式循环管路中的小流量水温稳定在0℃～90℃的任意设定值上， 其波动范围不超 过±0．1℃。 试验结果表明模糊PID控制能满足系统的要求，在响应速度、稳态精度及抗干扰能 力 等 方 面 均 优 于 传 统 的 PID控 制 。 关 键 词 ：两 级 温 度 控 制 ；模 糊 控 制 ；PID参 数 自 调 整 ；次 级 温 度 调 节 中图分类号：TP273 文献标志码：A
基于模糊控制算法的温度控制系统.doc
模糊命题是清晰命题的推广，清晰命题的真假相当于普通集合中元素的特征函数，而模糊命题的真值在 闭区间取值，相当于隶属函数值。
x与y有某种关系，即xRy;
x与y无某种关系，即x y;
b.直积集
由X到Y中各取一元素排成序对，所有这样序对的全体组成的集合叫做X和Y的直积集（笛卡尔集）记为
(2.11)
显然，R集是X和Y直积集中的一个子集，即
(2.12)
(2)模糊关系
两组事物之间的关系不宜用“有”或“无”作肯定或否定的回答时，可以用模糊关系来描述。
我国对模糊控制的理论与应用研究起步较晚，但发展较快，诸如在模糊控制、模糊辨识、模糊聚类分析、模糊图像处理、模糊信息论、模糊模式识别等领域取得了不少有实际影响的结果。
2.2模糊控制的基本原理
2.2.1模糊控制的数学基础
1.模糊集合
人们常用一些模糊概念思考问题，比如说“这栋楼房高”、“气候炎热”等，这里“高”和“炎热”没有明确的内涵和外延，但具有量的含义。将这类具有不确定量值的概念范围，或者在不同程度上具有某种特有属性的所有元素的总和称为模糊集合。
第1章绪论
温度控制，在工业自动化控制中占有非常重要的地位。将模糊控制方法运用到温度控制系统中，可以克服温度控制系统中存在的严重滞后现象，同时在提高采样频率的基础上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。
1.1课题背景
1965年,美国著名控制论学者L.A.Zadeh发表了开创性论文,《FUZZY SETS》首次提出了一种完全不同于传统数学与控制理论的模糊集合理论。在短短的30年里,以模糊集理论为基础发展而来的模糊控制策略已经成功为将人的控制经验纳入自动控制策略之中。在现今的模糊控制领域中，经典模糊控制理论已经在很多方面取得了一大批有实际意义的成果（如90年代日本家电模糊控制产品和工业模糊控制系统）。此外经典模糊控制也得到了相应的改善，如模糊集成系统、模糊糊集合A，B若对所有元素X，它们的隶属函数相等，即A，B也相等。
基于模糊PID算法的恒温箱温度控制系统设计.
摘要恒温箱作为一种恒定温度的设备，被广泛地应用于生产、生活、实验等领域。
在医药，生物实验、工业生产等行业中，都需要稳定而精确的温度。
温度控制系统由于存在着大惯性、非线性等特性，如果采用普通的PID控制算法,建立精确的数学模型是极其困难的，在线整定参数的能力差，不能满足系统在不同条件下对参数的自整定要求，从而限制了控制效果。
而模糊控制的可以较好地处理纯滞后、大惯性、参数漂移大的非线性不确定复杂系统。
将模糊控制和常规PID 控制相结合，构成模糊PID 控制法，既具有模糊控制的灵活、适应性。
在本设计中，恒温箱温度由传感器和EM235进行实时温度的传送，经S7-200预先编写的模糊PID控制算法计算对K，i K，d K进行修正，来控制恒温设备的加热与制P冷,以达到恒温控制的目的。
关键词：恒温箱，模糊PID控制算法，S7-200Incubator Temperature Control System Design Based on FuzzyPID AlgorithmABSTRACTIncubator have been widely used in the fields of production, life andrealization, as a constant temperature of the equipment. It is necessary to havestable and precise temperature in medicine, biological experiments, industrialproduction and other industries. Temperature control system is due to thepresence of large inertia, nonlinear characteristics. using ordinary PID controlalgorithm is extremely difficult to establish a precise mathematicalmodel,which can not meet system parameters under different conditions fromthe tuning requirements and online tuning parameters is poor, thus limiting thecontrol effect. Fuzzy control can be better to deal with delay, large inertia,nonlinear parameter drift uncertainty of complex systems. Fuzzy control andconventional PID control combined which constitute a fuzzy PID controlmethod with fuzzy control flexible and adaptable, but also has thecharacteristics of high precision PID control. In this design, the incubatortemperature send real-time temperature by sensors and the EM235.CalculatingK,i K,d K by S7-200 prewritten fuzzy PID control algorithm is Pto control thermostat heating and cooling equipment in order to achieve thepurpose of the thermostatically controlled.Key word: incubator, fuzzy PID algorithm,S7-200基于模糊PID算法的恒温箱温度控制系统设计江政 0212098251绪论1.1研究背景恒温箱是在一定温度下，用以饲养或培养生物或生物的一部分（细胞等）的箱型器具。
基于模糊PID的嵌入式恒温控制系统设计
基于模糊PID的嵌入式恒温控制系统设计【摘要】针对温度控制系统的特点以及传统PID控制器的局限性，本文设计了一种基于模糊PID自适应控制算法的新型高精度恒温控制系统。
该系统以ARM9微处理器为核心处理器，可以实时采集、显示和记录温度值，同时通过模糊自整定PID控制策略完成对温度的实时控制和处理，最后应用JLINK接口电路以方便数据的下载与调试。
在此基础上完成了实物测试，结果表明，该系统控制精度较高，实时性较好，具有一定的应用价值。
【关键词】恒温控制;模糊PID;嵌入式系统1.引言温度的测量与控制是很多生产过程与科学实验的一个重要环节。
目前，温度的测量技术已经日趋成熟，但是由于温度具有惯性、滞后、非线性等特点，温度控制技术还存在着比较多的问题与困难。
如何提高温度控制技术的精度和实时性，满足不同场合的控制要求，已成为目前温度控制研究领域中比较重要的课题。
对测控技术的发展具有实际意义。
本文以恒温箱为研究对象，基于模糊自整定PID控制策略。
同时以ARM9为核心控制处理器，提出了一种嵌入式恒温控制系统的整体设计方案，最后通过实物测试证明该方案是行之有效的。
2.系统组成及基本功能如图1所示，系统主要由控制器模块、温度检测模块、温度控制模块、参数输入按键模块、LCD显示模块以及处理器外围电路等部分组成。
图1 系统结构框图该系统采用STM32F103RBT6处理器为核心处理芯片，通过温度传感器（DS18B20）检测恒温箱的实时温度，并传送给处理器。
处理器将实时温度值与设定的温度值进行比较，将差值经模糊PID自适应控制算法处理来得到控制信号及其占空比，通过PWM脉宽调制器控制晶闸管工作，从而实现对温度的连续调节，最终实现智能控制。
同时，还实现了温度报警功能，如果超出了规定的监控温度范围，则通过蜂鸣器发出警告声。
图2是温度加热控制模块的电路图，采用晶闸管触发电路，主要包括驱动可控硅电路模块（光电耦合电路）、过0检测模块（基于光耦实现）、继电器开关模块等部分。
基于单片机的水温恒温模糊控制系统设计
基于单片机的水温恒温模糊控制系统设计王妍玮,于惠力,杜晓东(东北石油大学华瑞学院机械电子系,黑龙江哈尔滨150027)摘要:提出一种基于单片机的水温恒温模糊控制系统,利用温度传感器18B20对水温进行实时采集,通过3*3键盘输入温度设定值,对检测值与温度设定值进行比较,以温度偏差量和加热时间为输入信号,以不同温度调节器的工作状态为输出量,通过模糊控制算法实现水温恒温的自动控制。
关键词:单片机;温度控制;模糊控制中图分类号:TP 273.5文献标识码:Ａ文章编号:1001-4462(2011)01-0047-03Design of a Constant Water Temperature Fuzzy Control System Based on SCMWANG Yan-wei ,YU Hui-li ,DU Xiao-dong(Department of Mechanical &Electronic Engineering ,Huarui College ,Northeast Petroleum Institute ,Harbin Heilongjiang 150027,China )Abstract :A co ns ta nt wa te r te m pe ra turefuz z y co ntro l s ys tembas ed o n S C M ispre s e nte d ,us ingthete m pe ra tures e ns o r 18B20to re a liz e re a l co lle ct o f wa te r te m perature ,inputting s e t va lue s thro ug h a 3*3ke ybo a rd ,thro ug h the com pa ris o n betw e e n the de te ctio n va lue a nd the s e t te m pe ra ture value ,w ith the te m pe ra ture devia tio n a nd he a ting tim e as input s ignals a nd the w orking s ta tus o f diffe re nt te m pe ra ture re g ula to rs as o utput and thro ugh a fuz z y co ntro l a lgo rithm ,the a uto m a tic contro l o f co ns ta nt wa te r te m pe ra ture isre aliz e d.Key words :m icro co ntro lle r ;te m peraturecontro l ;fuz z y co ntro l太阳能热水器在冬天或阴雨天使用时需要有电辅助加热系统,传统的加热控制方式是采用开关控制或PID 控制,控制效果不理想,控制精度也不高,而模糊控制对大时变、时滞性和非线性的控制效果比传统的控制方法有明显改善,同时将模糊控制技术应用到家电产品中也是智能家电的发展趋势。
基于模糊控制的水温自动调节器的设计与开发
基于模糊控制的水温自动调节器的设计与开发————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：基于模糊控制的水温自动调节器的设计与开发摘要随着现代工业过程的不断复杂化，实际生产过程中的非线性、不确定性和复杂性的增加,传统的PID控制器已经不能满足我们的实际要求，因此我们力图将近些年发展起来的一些先进的智能控制方法,应用到PID控制领域当中。
近年来，模糊控制已成为智能自动控制研究中最为活跃而又富有成果的领域。
其中模糊PID控制技术扮演了十分重要的角色，并且仍将成为未来研究与应用的重点技术之一.嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。
它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能.以嵌入式微处理器AT89C2051为模糊控制器，结合温度传感器、多谐振荡电路、LED显示器、输出电路等组成一个基于模糊控制的温度控制系统.温度传感器及有关电路将温度转化为电脉冲的脉宽，单片机将测得的脉冲宽度的值转化为与之对应的温度值。
与设定的温度相比较后,以温度偏差及其变化量为输入、加热量为输出，通过模糊控制算法，就可达到水温自动调节的目的。
对任意温度对应的脉宽还可进行自动测量，并加以显示。
关键词：AT89C2051 单片机模糊控制温度电热水器AbstractWith the continuous process of modern industrial complex，the actual production of non—linear,uncertainty and complexity increase, the traditional PID controller，we can no longer meet the practical requirements，so we will try to develop in recent years Some of the advanced intelligent control methods applied to the PID control them. In recent years，fuzzy control has become an intelligent automatic control study, the most active and fruitful in the area. One PID Fuzzy control technology has played an important role in the future and will become the focus of research and application of technology。
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基于模糊控制的恒温控制系统设计
在日常工业生产当中，恒温控制恒温控制应用非常广泛。模糊控制模糊控制技术是通过模仿人的思维方法，运用不确定的模糊信息进行决策以实现最佳的控制效果。模糊控制所关心的是目标而不是精确的数学模型，即研究的是控制器的本身而不是被控对象。因此可以利用特殊的控制媒介，研究控制器本身。本系统以此作为出发点，以单片机单片机为核心控制器，研究模糊控制算法，实现了精确的恒温控制。并设计了单片机与上位机的通信软件，实现了远程温度控制和温度曲线可视化的功能。1 系统功能和硬件设计 本系统以水温作为测量媒介，以AT89C51单片机作为核心控制器，以AD590AD590温度传感器作为采集器，实现温度的采集、控制、传输、显示的功能。系统采用模糊算法对电热丝的加热时间进行控制，从而达到对水温的控制。同时通过上位机软件可以进行实时控制和显示温度曲线图等，系统框图。1．1 温度采集模块 温度采集模块实现温度信号采集、信号调理、模／数转换的功能。主要以集成温度传感器AD590M为采集主体，经过电压跟随器、差分式减法器、电压放大器、反相器等电路作为信号调理，后输入10位A／D转换器TLC1549进行模／数转换。电路图。 AD590是电流型集成温度传感器，具有抗干扰能力强的特点，其输出电流和温度值成正比，且是以绝对温度零度(-273℃)为基准，其线性电流输出为1μA／K，利用10 kΩ的电阻可将电流信号转换为电压信号。本系统的测量范围为0～100℃，因此输出电压范围为2．73～3.73 V。为了增大后端电路的阻抗，减小对电流信号的分流，利用电压跟随器作为信号隔离。后输入差分减法器减去2．73 V，并经过5倍电压放大后，对应的输出电压范围为O～6 V。电压信号输入10位逐次比较型模数转换器TLCl549。其参考电压为5 V，则输入电压的分辨率(单位：mV)为：
依靠经验来建立控制规则，但是得到的控制量并是一个模糊量，不能直接用来作为控制输出，采用C语言进行解模糊处理，得到模糊查询表，并在测试中反复调整，最终得到模糊查询表如表1所示。2．4 模糊控制程序 在单片机的程序中，设置了变量TOUT表示恒温控制周期，TSET表示一个恒温控制周期中韵加热输出时间，即表中的U。每隔TOUT的时间，将调用模糊推理程序，求出误差E和误差变化率EC。其中： E=实时采样温度值-设定温度值 EC=当前误差-上次误差 当误差较大时，不必进行模糊控制，只需判断是全速加热或是停止加热。当误差进入预设的控制范围时，量化E，EC，并由量化值查询模糊查询表，得出该周期应该输出的加热时间TSET。 在测试中发现，采用单一的E，EC论域的效果并不让人满意，系统灵敏度较低。考虑加热惯性和高温散热较快的影响，采用了两级控制的方式。在第一级控制中，E和EC的论域范围较大，可快速加热到恒温设定温度附近；此后进入第二级控制，缩小E和EC的论域范围，提高控制的灵敏度。经测试，采用此方式可在各温度层次控制过程中将恒温误差稳定在±0．3℃以内。3 系统实验和误差分析3．1 传感器零点校准 系统采用电流型温度传感器AD590，同时使用单点调节电路。在理想情况下，在冰水混合物(O℃)中并联10kΩ电阻，输出电压为2.73V，即为传感器零点。同时为保证系统的精确性，使用单点调节电路进行进一步调节。3．2 系统实验 利用本系统对自来水进行重复性测试。由于本地气压和水中杂质的影响，当水到达沸点时仍无法到达100℃，因此系统的测试范围设定为40～90℃。当系统达到温度恒定且停止加温后，随机进行一次静态数据测量；在此后100 min内，每隔5 min进行一次恒温控制数据测量。静态数据如表2所示，恒温控制数据如表3所示，50℃恒温控制上位机曲线。 由表3可知，系统的静态误差为±0.2℃。对表3中每组数据的后10个数据进行标准差计算，结果如表4所示，可知其平均误差小于±0.3 ℃。4 结语 该系统以模糊控制算法和单片机设计了一种恒温控制系统。利用单片机作为核心控制器，开发了丰富的友好的人机交互环境：温度变化曲线可视性、远程可控性非常适合工业远程管理要求。其成本低，可扩展性好，非常容易扩展为多路采集系统；同时采用模糊查询表的方式，提高了系统的移植性。实验表明：本系统能够将水温恒定的控制在40～90℃范围内，控制误差小于0．5℃，静态误差小于0．2℃，可广泛的推广和移植到工业当中。