基于Fuzzy-PID的AVR温度控制系统

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温 度控 制 系 统 的 结 构框 图
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引言
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温 度是 生 产 过 程 和 科 学 试 验 中普 遍 存 在 的 被 控 物 理 参数 而 温 度 系 统 为大 滞 后 系 统 较 大 的 纯 滞后 可 引 起 系 统 不 稳 定 大 量 的应 用 实践表 明 采 用 传统 的 P I D 控 制 稳态 响应 特 性 较 好 但 难 以 得 到 满 意 的 动 态 响应 特性 模 糊 控 制 的优 点 是 能 够 得 到 较好 的 动 态 响应 特性 并 且 无 需 知 道被 控 对 象的 数 学 模 型 适 应性 强 鲁 棒性 好 但 模糊控 制 也存在 固 有 的 缺 点 容 易 受 模 糊 规 则有 限 等级 的 限 制 而 引 起 误 差 设 计 中
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温 度控 制系统
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控制 器 采 用 如 表 所 示 的 语 言控制规 则 根据 模糊控 制 器 控 制 规 则 求 取 二 维 入 的 模糊 关 系 ： 输 i f E i a n d E C i t h e n U (i j l 2 7) R 描述 为 用 模 糊关 系
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其 中： K 为 对 象 放 大 系 数 ； r 为 纯 滞 后 时 间 ； T 为对 象时 间 常 数 增量 式 数 字 P I D 控 制 算法 为 ： A u (n ) U (n ) U (n 1) 仅 e (n 1 )+ G【 e (n 2 ) 0 【 e (n ) o T OL k (1 + T s ／ I + T D ／ s ) T 。
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在 按 合 成 运 算 法 求 得 模糊控 制 的 输 出 模糊 子 集 ： U 伯×E C) R
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控制 以 加快 响 应 速度 ； 当温 度偏 差 较 小 进 入 稳 态过程 后 则 由程 序切 换 ~ I]P I D 控 制 消 除 静 差 提 高控 制 精 度
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式 中的 0 为 合成 运 算 由于 上 式 给 出的 控 制 策 略 U 是 个模 糊 量 故 在 具 体 执 行 时 应 通 过 判决 转化 为 精 确 量 本 系 统 中采 用 加 权 平 均 判决 法 可 z 得 F u z y 控制 器 的 输 出 ：
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如 图 1 所示 系 统 由被 控 对 象 温 度 传 感 器 比 较 器 F u z z y P I D 控 制 器 和 执行机构等 5 部 分 组成 2 1 模糊 控 制 器 的 结 构设计 模糊控制 器输 入 变量 的 e e c 分 别 表 示 温 度 偏差和 偏 差 变 化 率 规 定 论 域 由 7 个 元 素组成 ： l 0 l 2 3] o 【 【3 2 设 输 入 量 的语 言 变 量 分 别 为 E E C 它 们 的 词集相 同 定 义 为 ： A {N B N M N S Z E P S P M P B } 其 含 义 依 次 为 负大 负中 负小 零 正小 正 中 正大 输 出变 量 U 用 以 确定控 制 量 并 规 定 其论 域 由 1 3 个 元 素 主成 ： 5 1 0 l 2 3 4 2 4 3 b [_ 6 5 6】 设输 出量 的语 言 变量 为 U 它 的词 集 定义 为 ： B {N B N M N S Z E P S P M P B l 其含 义 依 次 为 负大 负中 负小 零 正 小 正 中 正 大 论 域 中语 言变 量 均 采 用 离 散 型 隶 属度 函 数 并 设现场 语 言变 量 的 范 围 和 比 例 因子 分 别 为
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根 据 现 场 调节 经 验
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采 用 A V R 单片 机 A T M e g a 8 8 作 为核 心 处 理 器 并采 用 了 F u z z y P I D 复 合 控 制 其 主 要 设 计 思 想 是 当温 度偏 差 较 大 的 时 候 采 用
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的观 测 值 均 根据 对 于 所有 i 1 2 上 式 求 出 对应 的 U 组 成控 制查 询表 采 用 计算 查 表 法 可 提高 查 表 速 度 为 此 把 作 用 e e c 的 7 个 等级 从 小 到大 按 E E C 的 顺 序 排 列 依 次 存放 相 应 的 U 需 要 指 出的是 正 确选 择 比 例 因 子 对 整 个 系 统 合 理 运 行 是 至 关 重 要 的 设 控 制 量 的 比 例 因子 为 k 精 确控制 量 ： △ u k × U 2 2 P I D 控 制 器 的设 计 利 用 脉 冲响应 法 测 量 被 控 对 象 的传 递 函 数 为 阶 惯 性 环 节 加纯 滞 后