基于单片机的模糊控制器的设计
单片机模糊自整定PID控制系统设计
存档日期:存档编号:本科生毕业设计(论文)论文题目:单片机模糊自整定PID控制系统设计姓名:伍学惠学院:电气工程及自动化学院专业:自动化班级、学号:08电52 08285049指导教师:甘良志江苏师范大学教务处印制摘要传统PID的控制原理较为简单,使用也较方便,鲁棒性强,在被控对象的数学模型较精确时也可使用,因而长期以来被广泛地应用于工业过程控制中,并且取得了良好的控制效果。
就目前最新的过程控制计算机,其基本控制方式也仍然是PID控制。
但对于时变、高阶、非线性等复杂工业过程而言,传统的PID控制通常达不到理想的控制效果。
而模糊控制器,由于其具有更强的鲁棒性,对于工业过程通常有更好的控制效果,最近几年来,模糊PID控制器因其具有结构相对简单、可解析等优点,在工业设计界得到了非常广泛的应用。
因此,模糊控制器的调整方法在模糊PID控制器的工业应用推广中具有重要意义。
其调整思路是将成熟的PID自整定的理论扩展到模糊PID控制器调整中。
其过程是:首先采用传统的系统识别方法来识别受控对象,得到模型低阶的时滞过程,基于此模型再来整定模糊PID参数。
模糊PID控制器的原始模型是不容易直接进行参数调整的,而是进一步推导原始模型得到一个新的分析模型,该模型包括线性与非线性部分,并最终把非线性部分作为一个过程的干扰来分析,模糊自整定PID参数将被转换为一个线性PID参数来整定。
本文研究了一种基于51单片机的模糊自整定PID控制系统,针对控制对象,制定Fuzzy控制规则,采用MATLAB仿真软件实现模糊控制的PID参数的自整定,结合硬件及软件设计,该设计效果可以提高系统的实时性,响应速度,稳定性。
关键词:PID控制模糊控制单片机AbstractTraditional PID control principle is relatively simple, more convenient to use, robustness, and can also be used in the mathematical model of the inaccurate controlled object, and thus it has been widely used in industrial process control, and has made good control effect. As for the latest process control computer, its basic control method is PID control. However, for high-end, time-varying, nonlinear, complex industrial processes, the traditional PID control usually can not reach to the desired control. But for the fuzzy controller, due to its advantages of robustness, it has better control effect for industrial processes. In recent years, fuzzy PID controller has been more widely used in industry because of its relatively simple structure. Therefore, the method of fuzzy controller is of great significance for the promotion of industrial applications of fuzzy PID controllers. Tuning idea is mature PID self-tuning theory extended to the fuzzy PID controller tuning. The process is that taking the first conventional system identification methods into identifying the controlled object to get the process of low-end model with delay, and then to rectify the fuzzy PID parameters based on the model. The original model of fuzzy PID controller is not easy to direct parameter, it has made a further derivation into the original model, the model includes a linear part and nonlinear part, and finally the nonlinear part will be analyzed as a disturbance of the process, the fuzzy PIDparameters tuning will be analyzed after it is converted to a linear PID parameters.This paper studies a kind of fuzzy PID control system based on the 51 SCM. We set the fuzzy control rules for this controlled object. The software called MA TLAB is used to realize the tuning of the parameters of the fuzzy PID controller. Combining with hardware and software, we can improve its real-time response, speed and stability.Key words:PID control fuzzy control SCM目录摘要 (I)Abstract (II)1概述 (1)1.1 研究课题的意义 (1)1.2 国内外研究现状 (6)1.3 课题方案 (7)2模糊自整定PID控制器设计理论 (8)2.1PID控制器 (8)2.2 模糊控制原理 (11)2.3 模糊自整定PID控制器设计 (19)3模糊自整定PID控制器设仿真 (22)3.1 传统PID控制器设计及仿真 (22)3.2 模糊自整定PID控制器设计及真 (24)4单片机实现 (37)4.1硬件设计 (37)4.2软件设计 (41)5 总结与展望 (46)致谢 (47)[参考文献] (48)1 概述1.1 研究课题的意义控制是一个重要的概念,在现代控制理论及各种耦合运行系统中,其意义是采取一定的措施,以保持平衡不超过系统状态的标准范围内,达到预期的目的。
基于单片机模糊PID控制算法实验设计
摘要自动控制理论实验主要任务是通过实验,使学生掌握自动控制的基本原理和方法,在熟练掌握各种校正方法设计原则的基础上,加强对控制理论的理解和认识,将理论与实践有机地结合起来,提高分析问题及解决问题的能力。
本设计是在原有实验箱的基础上,根据常规的PID控制,开发新型的模糊控制实验内容。
实验中的控制器为C8051F330单片机,通过上位机C语言开发环境,将代码写入单片机进行控制。
其算法采用将常规PID控制与模糊控制相结合的控制策略,运用模糊推理思想,根据不同的误差e及误差变化率ec对PID三个参数Kp,Ki及Kd进行实时优化,达到最优控制。
最终实现模糊PID 控制算法。
由于原有单片机内存的限制,在经过多次实验后,选取了两个模糊控制规则表对搭建的三阶被控对象进行算法验证,实验表明模糊控制和原有常规PID 控制比较,明显提高了系统的控制性能。
关键词:单片机,PID控制,模糊控制AbstractThe main task of automatic control theory’s experiments is to help students master basic principles and methods of automatic control theory by experiment. Based on mastering various correction methods, it helps to enhance understanding and awareness towards control theory, to integrate theory with practice , and to enhance the analysis of problems and problem-solving abilities.The design is based on the original test case, according to the conventional PID control , to develop new fuzzy control experiments. They are cored by the MCU C8051F330, by using C language development environment and writing codes into the MCU. The algorithm combines conventional PID control and fuzzy control together, and uses fuzzy reasoning to optimize three PID parameters Kp, Ki and Kd for real-time according to different error e and error change rate of ec, only to achieve optimal control. Eventually fuzzy PID control algorithm is realized.Since the original MCU’s memory is limited , after a number of experiments ,two fuzzy control rule bases have been selected to do algorithm validation towards third-order plant. Experiments show that fuzzy control has increased system control performance obviously compared with conventional PID control.Keywords: MCU; PID control; fuzzy control目录第一章绪论 (1)1.1研究背景和研究意义 (1)1.2本文结构 (1)1.3本章小结 (2)第二章单片机原理 (3)2.1 单片机系统设计的基础 (3)2.1.1 理论储备 (3)2.1.2 单片机系统设计的内容 (3)2.2单片机控制系统总体方案的设计 (3)2.2.1设计方法总述 (3)2.2.2直接数字控制 (4)2.2.3数字化PID控制 (4)2.3单片机系统硬件设计 (4)2.3.1 存储器拓展 (5)2.3.2 模拟量输入通道的拓展 (5)2.3.3 模拟量输出通道的拓展 (5)2.3.4 开关量的I/O接口设计 (5)2.3.5 操作面板 (6)2.3.6 系统速度匹配 (6)2.3.7 系统负载匹配 (6)2.4单片机系统的软件设计 (6)2.4.1 保证可靠性 (6)2.4.2 软硬件折中问题 (7)2.4.3 应用软件的特点 (7)2.4.4 软件开发步骤 (7)2.5单片机控制系统的调试 (7)2.5.1 硬件调试 (7)2.5.2 软件调试 (8)2.5.3 硬件、软件仿真调试 (9)第三章PID控制器 (10)3.1.1闭环控制算法 (11)3.1.2 PID是比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法 (11)3.1.3比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法各有作用 (11)3.1.4控制器的P,I,D项选择 (11)3.1.5 公式 (13)3.1.6 PID算法流程图 (14)第四章基于单片机模糊PID控制算法实现 (15)4.1 模糊控制例子 (15)4.2基本原理 (18)4.3模糊控制器算法研究 (19)4.3.1输入值的模糊化 (19)4.3.2模糊控制规则表的建立 (19)4.4模糊控制算法的实现 (20)4.4.1 实验模糊表 (20)4.4.2 输入输出的隶属度函数 (22)4.4.3 去模糊化 (25)4.4.4 单片机上实现控制算法 (27)4.4.5 模糊规则表的选择 (27)第五章总结 (30)致谢 (32)参考文献 (33)附录 (34)第一章绪论1.1研究背景和研究意义自动控制理论实验提供的实验箱中,我们可以搭接不同的被控对象,通过给被控对象输入阶跃信号,在上位机界面上观察其阶跃响应曲线,根据曲线波形,我们可以判定被控对象是否稳定以及各种控制器对被控对象的控制性能如何等。
基于单片机和模糊控制
基于单片机的温室自动控制系统设计摘要:温度、湿度和coz浓度等是影响作物生长的重要环境因子,为有效进行作物生长的环境控制,针对日光温室的特点,以模糊控制理论为基础,计算机控制技术为平台,设计了一个基于模糊控制技术的计算机温室控制系统;介绍了以Pc机为上位计算机,Mcs一51单片机为核心的智能仪表为下位机的智能温室分布式测控系统的工作原理及主要功能;详细阐述了该系统的软、硬件实现方法;该套控制系统符合我国现阶段的国情且能很好地满足生产要求,成本低,运行可靠,便于推广应用。
关键词:智能温室;计算机分布式自动控制系统;Rs~485通信网络;智能设备;模糊控制引言:智能化温室是集农业科技的高、精、尖技术和计算机自动控制技术于一体的先进的农业生产设施,是现代农业科技向产业转化的物质基础。
它能营造相对独立的作物生长环境,彻底摆脱传统农业对自然环境的高度依赖。
随着我国加入wTo,“科技兴省”是使我省在21世纪取得长足发展的必然选择,当然,农业也不例外,河南省作为一个农业大省,如何发展高效、节能、高科技农业以产出高质量、高附加值的农产品对于我省经济的发展起着举足轻重的作用。
目前,智能化温室控制系统的研究国内已经受到重视,省内已有采用工控机为控制手段的成套设备,并已投入使用,但其控制成本高,性价比低。
本文结合我国国情和生产要求,以单片机为控制核心,研制了智能化温室控制系统,其成本较工控机要低,运行可靠,便于大批量推广。
l控制系统原理与结构设计本系统原理结构框图如图l所示,它是一个小型的分布式数据采集与控制系统,是由数据采集工作站(下位机)和中心计算机(上位机)组成的控制系统。
其中数据采集工作站又由相应的传感器(如温度传感器、湿度传感器、C0z浓度传感器、光照度传感器等)、模拟量输入输出通道、开关量输出通道所组成。
工作站既可以独立完成各种信息的采集、预处理及存储任务,又可接受从中心计算机送来的控制参数设置,启动增温降温、加湿除湿、遮阳补光等调控设备.从而按不同要求调控温室的微气候环境。
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。
基于单片机模糊PID控制算法实验设计
基于单片机模糊PID控制算法实验设计基于单片机的模糊PID控制算法是一种将模糊逻辑和PID控制相结合的控制方法。
模糊PID控制算法在许多工程和科学领域中具有广泛的应用,用于控制各种物理系统,例如机械系统、电子系统和化学系统等。
本文将介绍基于单片机的模糊PID控制算法的实验设计。
一、实验目的本实验旨在通过使用单片机实现模糊PID控制算法,控制一个虚拟物理系统的运动。
通过这个实验,我们可以了解模糊PID控制算法的原理和实现过程,并通过实验结果对其性能进行评估。
二、实验原理模糊PID控制算法是将模糊逻辑和传统的PID控制算法相结合而得到的一种控制方法。
PID控制算法是一种反馈控制方法,它通过测量和计算系统的误差,调整输出控制量,使得系统的运行状态能够接近期望状态。
模糊PID控制算法的原理是,在PID控制算法的基础上,使用模糊逻辑来处理模糊因素,使得控制系统能够对模糊因素有更好的适应性和鲁棒性。
模糊逻辑是对不确定性和模糊性进行建模和处理的一种方法,它能够通过模糊集合和模糊规则来描述和处理模糊因素。
在模糊PID控制算法中,首先使用一组模糊集合来表示误差和变化率的程度,然后建立一组模糊规则,通过模糊推理得到模糊控制量,最后将模糊控制量经过模糊解模糊化得到实际控制量。
这样,通过模糊逻辑的处理,能够使得控制系统对于模糊因素有更好的适应性和鲁棒性。
三、实验步骤1.设计一个虚拟物理系统,可以使用一个电机控制器和一个电机模拟器来模拟物理系统的运动。
2.根据虚拟物理系统的特性,确定控制系统的输入和输出变量,例如位置和速度。
3.设计一组模糊集合来表示位置和速度的程度,例如“远”、“近”、“大”、“小”等。
4.建立一组模糊规则,通过模糊推理得到模糊控制量。
5.设计一个PID控制算法,用于计算系统的误差和调整输出控制量。
6.将模糊控制量和PID控制量相结合,得到最终的实际控制量。
7.使用单片机编程语言,例如C语言,实现上述的模糊PID控制算法。
基于单片机的模糊温度控制器的设计
基于单片机的模糊温度控制器的设计1 引言本文研究的被控对象为某生产过程中用到的恒温箱,按工艺要求需保持箱温100℃恒定不变。
我们知道温度控制对象大多具有非线性、时变性、大滞后等特性, 采用常规的PID 控制很难做到参数间的优化组合, 以至使控制响应不能得到良好的动态效果。
而模糊控制通过把专家的经验或手动操作人员长期积累的经验总结成的若干条规则,采用简便、快捷、灵活的手段来完成那些用经典和现代控制理论难以完成的自动化和智能化的目标, 但它也有一些需要进一步改进和提高的地方。
模糊控制器本身消除系统稳态误差的性能比较差, 难以达到较高的控制精度, 尤其是在离散有限论域设计时更为明显, 并且对于那些时变的、非线性的复杂系统采用模糊控制时, 为了获得良好的控制效果, 必须要求模糊控制器具有较完善的控制规则。
这些控制规则是人们对受控过程认识的模糊信息的归纳和操作经验的总结。
然而, 由于被控过程的非线性、高阶次、时变性以及随机干扰等因素的影响, 造成模糊控制规则或者粗糙或者不够完善, 都会不同程度的影响控制效果。
为了弥补其不足, 本文提出用自适应模糊控制技术,达到模糊控制规则在控制过程中自动调整和完善, 从而使系统的性能不断完善, 以达到预期的效果。
2 自调整模糊控制器的结构及仿真(1) 控制对象一般温度可近似用一阶惯性纯滞后环节来表示, 其传递函数为:式中: K———对象的静态增益;Tc———对象的时间常数;τ———对象的纯滞后时间常数。
本文针对某干燥箱的温度控制, 用Cohn-Coon 公式计算各参数得:K=0.181; Tc=60; τ=20。
( 2) 自调整模糊控制器的结构自调整模糊控制器的结构如图1 所示。
图1 带自调整因子的模糊控制器图中α为调整因子, 又称加权因子。
通过调整α值,可以改变偏差E 和偏差变化EC 对控制输出量U 的加权程度, 从而调整了控制规则。
但是, 若α值一旦选定, 在整个控制过程中就不再改变, 即在控制规则中对偏差、偏差变化的加权固定不变。
单片机的模糊温度控制器的设计方案
基于单片机的模糊温度控制器的设计1 引言本文研究的被控对象为某生产过程中用到的恒温箱,按工艺要求需保持箱温100℃恒定不变。
我们知道温度控制对象大多具有非线性、时变性、大滞后等特性, 采用常规的PID 控制很难做到参数间的优化组合, 以至使控制响应不能得到良好的动态效果。
而模糊控制通过把专家的经验或手动操作人员长期积累的经验总结成的若干条规则,采用简便、快捷、灵活的手段来完成那些用经典和现代控制理论难以完成的自动化和智能化的目标, 但它也有一些需要进一步改进和提高的地方。
模糊控制器本身消除系统稳态误差的性能比较差, 难以达到较高的控制精度, 尤其是在离散有限论域设计时更为明显, 并且对于那些时变的、非线性的复杂系统采用模糊控制时, 为了获得良好的控制效果, 必须要求模糊控制器具有较完善的控制规则。
这些控制规则是人们对受控过程认识的模糊信息的归纳和操作经验的总结。
然而, 由于被控过程的非线性、高阶次、时变性以及随机干扰等因素的影响, 造成模糊控制规则或者粗糙或者不够完善, 都会不同程度的影响控制效果。
为了弥补其不足, 本文提出用自适应模糊控制技术,达到模糊控制规则在控制过程中自动调整和完善, 从而使系统的性能不断完善, 以达到预期的效果。
2 自调整模糊控制器的结构及仿真(1> 控制对象一般温度可近似用一阶惯性纯滞后环节来表示, 其传递函数为:式中: K———对象的静态增益。
Tc———对象的时间常数。
τ———对象的纯滞后时间常数。
本文针对某干燥箱的温度控制, 用Cohn-Coon 公式计算各参数得:K=0.181。
Tc=60。
τ=20。
( 2> 自调整模糊控制器的结构自调整模糊控制器的结构如图1 所示。
图1 带自调整因子的模糊控制器图中α为调整因子, 又称加权因子。
通过调整α值,可以改变偏差E 和偏差变化EC 对控制输出量U 的加权程度, 从而调整了控制规则。
但是, 若α值一旦选定, 在整个控制过程中就不再改变, 即在控制规则中对偏差、偏差变化的加权固定不变。
基于单片机的模糊PID温度控制系统设计
基于单片机的模糊PID温度控制系统设计【摘要】设计以模糊PID控制算法为基础,AT89C51单片机为主体的温度控制系统,形成一个较复杂的数据处理和具有高可靠性和灵活性的系统。
单片机在各种指令输入的基础上,根据模糊PID算法得到控制值,输出触发信号,并经过光电藕合器MOC3061和双向可控硅BTA12驱动加热器,从而调节温度。
【关键词】模糊PID;AT89C51单片机;温度控制1 模糊PID控制参数整定原理模糊控制的概念首先由美国加利福尼亚大学著名教授查德(L.A.Zadeh)首先提出的。
它是以模糊语言变量、模糊逻辑推理、和模糊集理论为基础的一种控制方法,它是从行为上模仿人的模糊推理和决策过程的一种智能控制方法。
该方法首先将操作人员或专家经验编成模糊规则,然后将来自传感器的实时信号模糊化,将模糊化后的信号作为模糊规则的输入,完成模糊推理,再将推理后得到的输出量加到执行器上[1-2]。
模糊PID控制是在一般PID控制系统基础上,加上一个环节,利用模糊控制规则对PID参数进行修正的一种自适应控制系统,误差E和误差变化Ec作为系统的输入,可以满足不同时刻的E和Ec对于参数要求。
模糊PID控制器是在常规PID的基础上,应用模糊集合理论建立参数KP、KI、KD与误差变化间的二元连续函数关系为:根据不同的E和Ec进行在线自整定参数KP、KI、KD的控制器。
模糊PID 控制原理如图1所示[3]:模糊PID参数整定就是寻找PID的三个参数和e、ec之间的关系,整个的系统在运行中不断检测和ec,然后再根据一定的原理对PID的三个参数进行调节,从而满足不同的e和ec对于控制参数的不同要求,从而得到良好的控制性能。
2 系统硬件电路的组成模糊PID温度控制系统主要包括单片机控制模块,电源稳压模块,温度检测模块,过零检测模块,温度设定模块,温度蜂鸣报警模块,驱动控制模块,温度LED显示模块等八大部分。
(1)单片机控制模块:它是系统的核心模块,用来控制其他各个模块的工作情况。
基于单片机的双模糊温度控制器设计
基于单片机的双模糊温度控制器设计佘东【摘要】传统的温度控制存在难以建立精确的数学模型以及控制性能较差等缺点,为此,在基本模糊控制理论基础上提出一种双输入单输出的双模糊温度控制器,根据系统不同的工作状态采用不同的模糊温度控制器。
并结合单片机技术,设计了体积小、功能强的双模糊温度控制器,给出了温度控制器的硬件及软件设计思想与方法。
该控制器简单易行,能有效改善温度控制性能,提高温度控制的稳定性。
%It is difficult for the traditional temperature control to build accurate mathematical model and its control performance is very poor,so a double input and single output of double fuzzy temperature controller is put forward on the basic theory of fuzzy control.Fuzzy temperature controller changes with different working states of the system.This essay gave the design of double fuzzy temperature controller with small volume and strong function by combining with single chip microcomputer,and also gave the hardware and software design ideas and methods of the temperature controller.The controller is simple,but it can effectively improve the temperature control performance and the stability of the temperature control.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2012(020)010【总页数】3页(P64-66)【关键词】双模糊控制;单片机;温度控制;控制策略【作者】佘东【作者单位】四川机电职业技术学院,四川攀枝花617000【正文语种】中文【中图分类】TP273现代工业控制中,温度控制十分重要且日益复杂化。
基于单片机的液位模糊控制器设计论文
基于单片机的液位模糊控制器设计论文基于单片机的液位模糊控制器设计论文摘要:液位控制由于其应用极其普遍,种类繁多,其中不乏一些大型的复杂系统,譬如在石油化工等工业生产中。
它主要有以下几个特点:1、时滞性很大。
在大型、复杂的液位控制系统中,当改变进出容器的液体流量来控制液位时,控制效果在较长的时间后才能得到体现,这会使得最后的稳态误差较大,液位在期望值附近波动。
2,时变性。
液位控制一般是通过控制液体流入量的大小来控制液位的,流出量是根据后续工艺生产的需求而调节,这种需求的数量和速度是在不断变化的。
3,非线性。
容器内液体流出量不仅随后续工艺生产需求变化,即使在控制阀门保持不变的情况下,实际的流出量也随着液位高度的变化而发生一种非线性的变化。
这几个特点,都严重影响PID控制的效果,当实际生产对控制有较高的性能指标要求时,就需要将智能控制方法引入到液位控制系统中来。
关键词:模糊控制;液位;PID;单片机1 模糊控制的基本原理模糊控制属于智能控制的范畴,它是以模糊数学和模糊逻辑为理论基础、模仿人的思维方式而统筹考虑的一种控制方式。
它是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制。
模糊控制模仿人的思维方式,计算控制量时并不需要参数的精确量,而是以参数的模糊信息为基础,通过模糊推理得到控制量的模糊形式,然后再经过反模糊化处理输出具体的控制量。
模糊控制器的'设计的基本原理1.在采样时刻,采样系统的输出值,然后根据所选择的系统的输入变量来进行计算,得到输入变量的具体值。
一般系统通常选择误差及误差的变化情况作为输入变量。
2.将输入变量的精确值变为模糊量。
当然,在这之前需要先确定模糊变量的基本论域、模糊子集论域、模糊词集及隶属函数。
系统中输入变量的实际变化范围称为变量的基本论域,对于模糊控制输入所要求的变化范围称为它们的模糊子集论域。
模糊子集论域的确定和下一步的模糊推理中需要的模糊值有关。
课程设计(论文)-模糊控制器设计模板
模糊控制器设计模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制。
从线性控制与非线性控制的角度分类,模糊控制是一种非线性控制。
从控制器的智能性看,模糊控制属于智能控制的范畴,而且它已成为目前实现智能控制的一种重要而又有效的形式。
1模糊控制的基本思想在自动控制技术产生之前,人们在生产过程中只能采用手动控制方式。
手动控制过程首先是通过观测被控对象的输出,其次是根据观测结果做出决策,然后手动调整输入量,操作工人就是这样不断地完成从观测、决策到调整,实现对生产过程的手动调整输入量,操作工人就是这样不断地完成从观测、决策到调整,实现对生产过程的手动控制。
这三个步骤分别是由人的眼-脑-手来完成的。
后来,由于科学技术的进步,人们逐渐采用各种测量装置(如传感器)代替人眼,完成对被控制量的观测任务;利用各种控制器(如PID调节器)取代人脑的作用,实现比较、综合被控制量与给定量之间的偏差,控制器所给出的输出信号相当于手动控制过程中人脑的决策;使用各种执行机构(如电动机)对被控对象施加某种控制作用,这就起到了手动控制中手的调整作用。
上述由测量装置、控制器、被控对象及执行机构组成的自动测控系统,就是人们所熟知的常规负反馈控制系统。
常规控制首先要建立精确数学模型,但是对一些复杂的工业过程,建立精确的数学模型是非常困难的,或者是根本不可能的。
于是常规控制技术在这里就遇到了不可逾越的障碍。
但是,熟练的技术操作人员,通过感官系统进行现场观察,再根据自己的经验就能很容易地实现这类控制过程,于是就产生了一个问题,能否把人的操作经验总结为若干条控制规则,并设计一个装置去执行这些规则,从而对系统进行有效的控制呢?答案是肯定的。
这种装置就是模糊控制器。
与传统的PID控制相比,模糊控制有其明显的优越性。
由于模糊控制实质上是用计算机去执行操作人员的控制策略,因而可以避开复杂的数学模型。
对于非线性,大滞后及带有随机干扰的复杂工业对象,由于数学模型难以建立,因而传统的PID控制也就失效,而对这样的系统,设计一个模糊控制器,却没有多大困难。
基于单片机的模糊PID温度控制系统设计-开题报告
器,并用于退火炉燃烧过程中;1988 年,河北廊纺市工具厂李利民、王金奎研制的高温盐 浴炉微机控制系统以磁性调压器作为执行元件, 采用 MPID 调节方式, 当炉温在 1100~1300℃ 范围内任意调节,误差小于土 20℃; 1989 年,武汉铝厂郑恭恒、沈协和用单片机实现炉
温控制,采用 Bang-Bang 和 PID 相结合的控制算法,达到了升温速度快,超调量小的控温 效果;1997 年,吉林工业大学吕俊伟、王文成、黄海东研制的模糊一 PI 一开关混合控制器 用于渗炭炉温度控制系统,缩短了升温时间,大大提高了控制精度,最大超调量小于 1 ℃。
4、PID 控制的原理及特点 在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称 PID 控制,又称 PID 调节。PID 控制器问世至今已有近 70 年历史,它以其结构简单、稳定性好、 工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全 掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构 和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用 PID 控制技术最为方便。即当我们不完 全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用 PID 控制技术。PID 控制,实际中也有 PI 和 PD 控制。PID 控制器就是根据系统的误差,利 用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 1)比例(P)控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当 仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error) 。
2)积分(I)控制 在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系 统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统 (System with Steady-state Error) 。 为了消除稳态误差, 在控制器中必须引入 “积分项” 。 积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小, 积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直 到等于零。因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 3)微分(D)控制 在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较 大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差 的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前” ,即在误差接近零时,抑制误差的 作用就应该是零。这就是说,在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的,比例项的作用 仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是“微分项” ,它能预测误差变化的趋势,这样, 具有比例+微分的控制器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避 免了被控量的严重超调。 所以对有较大惯性或滞后的被控对象, 比例+微分(PD)控制器能改 善系统在调节过程中的动态特性。
基于MSP430单片机的模糊温湿度控制器的设计
和设定值相差负的最大, 温度下降最低 , 此时为尽快 消除偏差 , 无论温度变化如何 , 应使控制量 增加较 快, 所以模糊控制系统取较大的控制量 . 当温度偏差 E T 为 N S ( T ) ( 温度略低) 或 Z( T ) ( 零温度偏差) 时 , 主要工作为稳定问题 . 为了防止超调, 使温度尽快稳 定, 这时就要根据温度变化的具体情况来确定控制 量的变化 , 选择相应的控制规则. 温度模糊控制规则 如表 1. 湿度控制模糊规则的制定方法与温度相同 , 同样根据湿度变化的具体情况 来确定控制量 的变 化, 选择相应的控制规则 . 根据模糊控制规则计算出 各种输入状态的控制输出 C , 最后用最大隶属度法 进行模糊决策, 使模糊量转化为精确量[ 4] .
[ 2]
.
1. 1 温湿度和温湿度变化率的模糊化 温度偏差记为 E T , 湿度偏差记为 E H , 分别指实 测温度和湿度的值与其设定值的差. 对于温度控制, 温度偏差在设定值的 25 以内为模糊控制区, 模 25% ( 相对湿度 ) 糊控制系统按模糊控制规则自动调节温度 . 对于湿 度控制 , 湿度偏差 在设定值 的 以内为模 糊控制 区 , 模糊控 制系统 按照 模糊控 制 规则自动调 节湿度 . 将温 度偏 差分为 5 个模 糊子
第 20 卷 第 4 期 2007 年 4 月
传 感 技 术 学 报
CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACT UATORS
Vol. 20 No. 4 Apr. 2007
Design of Temperature and Humidity Fuzzy Controller Based on MSP430 MCU*
2. 1 单片机的选择 M SP430 微控制器 MCU 是 T I 公司推出的一 款具有丰富片上外围的超低功耗 16 位 F LA SH 型 混合信号处理器. 本系统使用的 M SP 430F 449 有一 个串口通信接口, 一个基本定时器, 两个 16 位定时 器 , 看门狗 , 一个模拟电压比较器 , 模数转换模块, L CD 液晶驱动模块
基于8098单片机的模糊PID控制系统
1 前言
在工业过程控制中 ,PID 控制器以其结构简 单、 操作方便而得到了广泛的应用 . 但由于电机控 制系统是非线性 、 强耦合系统 , 精确数学模型往往 是很难获得 ,在很多场合单纯用 PID 算法不能实现 控制要求 . 而模糊控制不需要建立被控对明的精确 数学模型 ,具有较高的鲁棒性 ,适用于非线性 、 时变 系统 . 如果单纯用模糊控制器 , 系统的动态性能较 好 ,但稳态性能差 . 所以 ,结合模糊及 PID 技术的控 制器在变频调速系统中具有较高的实用价值 .
K2 均为可调整的参数 . 这样形成的 E ( n) 和 E ( n) 的隶属函数表分别
如表 1 、 表 2 所示 . ( 1) 式 ( 表 1) 中 NL ,NM ,NS ,NO ,PO ,PS , PM ,PL 分别代表负大 、 负中 、 负小 、 负零 、 零、 正零 、 正小 、 正中 、 正大 .
36
长 沙 大 学 学 报 2002 年 6 月
4 实验结果与结论
用存储示波器测得该系统 在开环及闭环条件下加 、 减负 载时的速度响应曲线 . 可以看 出 , 给定速度为 700 ( r/ min) 和 900 ( r/ min) 时 , 系统有明显的 静差 , 可见开环特性不好 . 闭环 控制下给定值为 700 ( r/ min) , 加、 减负载时 S d 为 1. 0 % , TS 为 1. 5S ; 给定值为 900 ( r/ min) 时 , 加、 减负载时 S d 为 2. 0 % , TS 为 2. 5S. 综合实验结果可以看出闭 环调速系统的超调量很小 ,系
天大学出版社 ,1992.
[ 3 ] 丁元杰 . 单片微机原理与应用 [ M ] . 北京 : 机械工业出
版社 ,1994.
基于单片机系统的模糊控制算法及其优化
显 而 易 见 ,规 则 表 是 体 现 本 模 糊 控 制 系 统 模 糊 控 制 算 法 的 最 终 结 果 。查 询 表 是 温 度 模 糊 系 统 的 模 糊 控 制 算 法 总 表 ,把 它 存 放 到 计 算 机 的 存 储 器 中 ,并 编 造 一 个 查 找查询表的子程序。
况在遵循上述规则的前提下选择各量化因
* 根据上一步求出的E(t)、Ec(t),确定其
子的变化曲线。在实际应用中,为了简便起 在 模 糊 控 制 量 表 中 所 对 应 的 理 论 域 [ Ei ,
见 ,各 量 化 因 子 的 自 修 正 曲 线 可 以 采 用 折 Ei+1]和 [Ecj,Ecj+1],并 从 模 糊 控 制 量 表 中
(1 3 )
① 作 者 简 介 :武 洪 娟(1978-),女,讲 师 ,天 津 轻 工 职 业 技 术 学 院 教 师 。
科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald
81
( 5) 量 输 出 U(t);
Kec=Ke0-k2∣e(t)∣
当∣e(t)>
*将 模 糊 量 输 出 U(t)乘 以 Ku就 能 得 到
Em/2
(6) 控制量的输出u(t)
Ku=Ku0-k3∣e(t)∣
(7)
以上各式中,Kec0、Ke0、Ku0分别是偏 3 小结
差 为 0时 Kec、Ke、Ku的 值 ;Em是 系 统 允 许
通 过 对 智 能 控 制 算 法 的 应 用 研 究 ,算
的 最 大 误 差 ;k1、k2、k3则 是 3个 可 根 据 系 法 的 优 化 ,以 及 仿 真 实 验 进 一 步 证 明 了 只
基于单片机模糊PID控制算法实验设计
摘要自动控制理论实验主要任务是通过实验,使学生掌握自动控制的基本原理和方法,在熟练掌握各种校正方法设计原则的基础上,加强对控制理论的理解和认识,将理论与实践有机地结合起来,提高分析问题及解决问题的能力。
本设计是在原有实验箱的基础上,根据常规的PID控制,开发新型的模糊控制实验内容。
实验中的控制器为C8051F330单片机,通过上位机C语言开发环境,将代码写入单片机进行控制。
其算法采用将常规PID控制与模糊控制相结合的控制策略,运用模糊推理思想,根据不同的误差e及误差变化率ec对PID三个参数Kp,Ki及Kd进行实时优化,达到最优控制。
最终实现模糊PID 控制算法。
由于原有单片机内存的限制,在经过多次实验后,选取了两个模糊控制规则表对搭建的三阶被控对象进行算法验证,实验表明模糊控制和原有常规PID 控制比较,明显提高了系统的控制性能。
关键词:单片机,PID控制,模糊控制AbstractThe main task of automatic control theory’s experiments is to help students master basic principles and methods of automatic control theory by experiment. Based on mastering various correction methods, it helps to enhance understanding and awareness towards control theory, to integrate theory with practice , and to enhance the analysis of problems and problem-solving abilities.The design is based on the original test case, according to the conventional PID control , to develop new fuzzy control experiments. They are cored by the MCU C8051F330, by using C language development environment and writing codes into the MCU. The algorithm combines conventional PID control and fuzzy control together, and uses fuzzy reasoning to optimize three PID parameters Kp, Ki and Kd for real-time according to different error e and error change rate of ec, only to achieve optimal control. Eventually fuzzy PID control algorithm is realized.Since the original MCU’s memory is limited , after a number of experiments ,two fuzzy control rule bases have been selected to do algorithm validation towards third-order plant. Experiments show that fuzzy control has increased system control performance obviously compared with conventional PID control.Keywords: MCU; PID control; fuzzy control目录第一章绪论 (1)1.1研究背景和研究意义 (1)1.2本文结构 (1)1.3本章小结 (2)第二章单片机原理 (3)单片机系统设计的基础 (3)理论储备 (3)单片机系统设计的内容 (3)单片机控制系统总体方案的设计 (3)设计方法总述 (3)直接数字控制 (4)数字化PID控制 (4)单片机系统硬件设计 (4)存储器拓展 (5)模拟量输入通道的拓展 (5)模拟量输出通道的拓展 (5)开关量的I/O接口设计 (5)操作面板 (6)系统速度匹配 (6)系统负载匹配 (6)单片机系统的软件设计 (6)保证可靠性 (6)软硬件折中问题 (7)应用软件的特点 (7)软件开发步骤 (7)单片机控制系统的调试 (7)硬件调试 (7)软件调试 (8)硬件、软件仿真调试 (9)第三章PID控制器 (9)PID控制 (10)闭环控制算法 (10)PI D是比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法 (11)比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法各有作用 (11)控制器的P,I,D项选择 (11)公式 (12)PID算法流程图 (13)第四章基于单片机模糊PID控制算法实现 (14)模糊控制例子 (14)基本原理 (18)模糊控制器算法研究 (19)输入值的模糊化 (19)模糊控制规则表的建立 (19)4.4模糊控制算法的实现 (20)实验模糊表 (20)输入输出的隶属度函数 (22)去模糊化 (24)单片机上实现控制算法 (27)模糊规则表的选择 (27)第五章总结 (30)致谢 (32)参考文献 (33)附录 (33)第一章绪论1.1研究背景和研究意义自动控制理论实验提供的实验箱中,我们可以搭接不同的被控对象,通过给被控对象输入阶跃信号,在上位机界面上观察其阶跃响应曲线,根据曲线波形,我们可以判定被控对象是否稳定以及各种控制器对被控对象的控制性能如何等。
基于单片机的模糊控制方法及应用研究_毕业设计(论文)
毕业设计 [论文]题目:基于单片机的模糊控制方法及应用研究学院:电气与信息工程专业:自动化完成时间:2013年5月30日河南城建学院本科毕业设计(论文)摘要摘要模糊控制是智能控制的一个重要分支,它的最大特征是能将操作者或专家的控制经验和知识表示成语言变量描述的控制规则,然后用这些规则去控制系统。
在复杂的工业控制中,被控对象通常具有严重的纯滞后、时变性、非线性以及存在种类繁多的干扰,采用常规的PID控制方法,难以获得满意的静、动态性能。
模糊控制的本质是非线性控制和自适应控制,对于纯滞后的参数时变或模型不太精确的复杂控制系统,具有较强的鲁棒性。
本文从模糊控制的基础理论出发,对模糊控制器的设计方法、模糊控制的单片机实现方法进行了分析和对比研究,在此基础上建立了基于AT89C52单片机的太阳能热水器模糊控制系统。
其模糊控制规则能够比较有效地模仿人的经验,合理解决输出的强关联性问题。
然后利用模糊逻辑推理的方法,结合大量的数学运算,离线计算出了简洁方便的模糊控制查询表。
最后给出了模糊控制查询的单片机实现方法及模糊控制系统的核心控制部分的硬件电路和软件流程。
此外,利用仿真工具软件对所设计模糊控制器进行仿真以提高产品的可靠性,缩短设计时间。
关键词:模糊控制,太阳能热水器,单片机河南城建学院本科毕业设计(论文)ABSTRACTABSTRACTFuzzy Control is an important branch of Intelligent Contr01.It is a kind of control method based on roles,directly adopting language control rules according to the control experiences of local operators or knowledge from experts of this field.In the complicated industry controlled process,the controlled objects usually own the time delay,nonlinear,time—variant characteristic and exist the category of interferences.So,if the traditional PID control method is only used,the static and dynamic output capability is not very satisfying.The essence of fuzzy control could be good at controlling those complicated,nonlinear systems with the characteristic of the parameter drift,the inaccurate model and time delay because the essence of fuzzy control is nonlinear control and adaptive contr01.Fuzzy control makes the systems more stable and more robust.Starting with the basic theory of fuzzy control,the paper analyses and comparatively studies the design methods of fuzzy controller and the realization methods of fuzzy control,On the basis of which,a fuzzy control system based on AT89S51 integrated solar water heater is established.The fuzzy control rules can imitate the experience of person effectively.Then a concise and convenient fuzzy control lookup table is obtained off-line through fuzzy logic inference combined with complex mathematic computation.Finally the paper presents the realization method of software fuzzy control lookup and the hardware circuit and software flow chart of the main control part of the fuzzy control system.In addition,putting the simulation software into Use in the process of the Fuzzy Control,it is benefit to improving the reliability of the products and reducing the time of the products design.Key Words:fuzzy logic control(FLC),solar water heater,single micro-computer目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1 序言 (1)1.2 模糊控制的研究现状 (2)1.3 模糊控制的应用 (3)1.4 选题的目的、意义和主要内容 (4)第2章模糊控制的研究 (5)2.1 模糊控制的理论基础 (5)2.2 模糊控制的基本原理 (8)2.2.1 模糊控制的数学基础 (8)2.2.2 模糊控制系统的组成 (13)2.3 模糊控制理论的改进 (14)2.3.1 模糊控制与神经网络的融合 (15)2.3.2 模糊控制与遗传算法的融合 (15)2.3.3 专家模糊控制 (15)2.3.4 模糊系统建模及参数辨识 (16)第3章设计思想与方案 (17)3.1 方案选择 (17)3.2 论证分析 (17)第4章系统设计 (19)4.1 硬件设计 (19)4.1.1 铂电阻测温调理电路 (19)4.1.2 时钟电路 (22)4.1.3 复位电路 (23)4.1.4 A/D接口电路 (23)4.1.5 键盘输入电路 (24)4.1.6 显示电路 (25)4.1.7 温度控制电路 (26)4.2 软件设计 (26)4.2.1 A/D转换子程序 (27)4.2.2 键盘处理子程序 (29)4.2.3 温序标度变换模块 (29)4.2.4 显示子程序 (30)4.2.5 定时子程序 (30)4.2.6 量化子程序 (32)4.2.7 其他模块 (32)4.2.8 模糊运算子程序 (33)4.3 抗干扰设计与软件调试 (35)4.3.1 软件抗干扰措施 (35)4.3.2 软件调试 (36)第5章结论 (37)参考文献 (38)致谢 (39)附录A(仿真): (40)附录B(程序): (1)第1章绪论1.1 序言1965年美国的伯克利加州大学教授扎德发表了著名的论文《Fuzzy Sets》,提出了模糊性问题,给出了其定量的描述方法,从而模糊数学诞生了。
基于单片机系统的模糊控制算法及其优化
基于单片机系统的模糊控制算法及其优化作者:武洪娟来源:《科技创新导报》2011年第24期摘要:虽然模糊控制有很多优点,但是其算法还不是很丰富,而且已有的算法也大多有其局限性。
在本设计中使用的模糊算法,在基于简单查表法的基础上,结合自修正因子法的优势,再应用数学差值的方法来实现。
其算法简单明了、运算量小,完全能够满足设计要求。
关键词:模糊控制算法量化因子插值法中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)08(c)-0081-011 传统模糊控制器的设计在构建的模糊控制器,就是对专家知识和经验进行总结、归纳生成模糊控制规则,并对它们进行形式数学处理,形成模糊控制器的规则库。
据此建立模糊控制规则表。
根据上述论述计算出模糊关系R后,利用推理合成规则计算便可求得输出语言变量的模糊子集。
显而易见,规则表是体现本模糊控制系统模糊控制算法的最终结果。
查询表是温度模糊系统的模糊控制算法总表,把它存放到计算机的存储器中,并编造一个查找查询表的子程序。
虽然模糊控制有很多优点,但是其算法还不是很丰富,而且已有的算法也大多有其局限性。
所以,在本设计中使用的模糊算法,在基于简单查表法的基础上,结合自修正因子法的优势,再应用数学差值的方法来实现。
其算法简单明了、运算量小,完全能够满足设计要求。
2 模糊控制算法的优化2.1 量化因子的自修正原则实际输入采样值e(t)\de(t)/dt是连续变化的精确量,要将它们模糊化变为模糊量E、Ec就需要先乘以一定得良好因子Ke、Kec,得到E(t)、Ec(t),如下式1、2所示;然后再对E(t)、Ec(t)取整即可得E、Ec。
E(t)=Ke×e(t) (1)Ec(t)=Kec×de(t)/dt (2)同样,要将模糊输出值U转化为实际的控制量u(t)输出,也需要乘以一定的量化因子Ku,如下式3所示。
u(t)=Ku×U (3)因而,量化因子的大小直接决定了控制系统的性能指标,其总的规则如下:*Ke越大,稳态误差就越小,系统的响应也就越快,然而超调量也会随之增加,甚至可能产生振荡;而Ke越小,其效果相反;*Kec越大,系统快速性将降低,而超调量则会减小,对偏差变化率的灵敏度就会加大;反之,若Kec越小,其效果相反;*Ku越大,系统响应越快,超调量也会加大,收敛性也就随之降低;如果Ku越小,其效果相反。
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据温度的偏差及偏差的变化量由模糊控制表来决定
种电热丝的断闭& 为使模糊推理简化$以适应 * 位单
片机模糊控制$进行了如下数字化处理#如果将 ! 的
四个模糊子集 +%’%&%) 分别用数字#!,$#$-$. 表示$
!! 的 四 个 模 糊 子 集 +%/%0 分 别 用 数 字 #!,$1$# 表
示$则根据模糊控制规则表 # 可等到如表 2 所示的 !"
&EF %&’G&I,’测 得 温 度 高 于 设 定 值 $温 度 偏 差 为 +>负A&
’H&0 && &&,J(H+! 6GK%&$GL@-’%&2 为温度偏差阈值& H+( &&2 &EF %&’G&,’温度偏差为 ’>小A& ’H&0 && &&2J(H+! 6GK%&,GM@-’%&# 为温度偏差阈值& H+( &&&EF %&’G&-’温度偏差为 &>中A ’H&0 && &&-J&EF %&’G&.’温度偏差为 )>大A &&J (CD (’判定温度偏差的变化量的程序& &EF 6G %&) ’")) 6G %&(’即#温度偏差的变化量$ 前次测量得到温度的偏差!本次测量得到温度的 偏差& H( ++#’变化量为负$转移& (H+! 6GK61GM@H( ++2 &EF %&()G&#’温 度 偏 差 论 变 化 量 为 )>正A$即 : 前!: 本" 61 ’H&0 ++ ++2J &EF %&()G&1’温度偏差论变化量为 />零A 1#: 前!: 本N 61 ’H&0 ++ ++,J (0C 6’求偏差变化量的绝对值& 6OO 6G&, (H+! 6GP61GM@H( ++&EF %&()G&I#’温度偏差论变化量为 +>负A$即 : 前!: 本#I 61 ’H&0 ++ ++-J &EF %&()G&1’温度偏差论变化量为 />零A I 61N: 前!: 本N 1 ++J &EF %&)G%&(’以本次测量得到温度更新 前次测量得到的温度
模糊逻辑控制器的工作过程分为三个阶段。第一 阶段是“模糊化”, 就是把精确的输入量转 换成用模糊 集合的隶属函数, 表示某一模糊变量的语言值, 即模
雷建龙: 副教授 湖北省教育厅立项重点科研课题: 实用油箱油位测量仪 的研制课题编号: 2004X170
创 糊输入; 第 二 阶 段 是“模 糊 推 理 ”, 即 把 模 糊 输 入 加 到
1 模糊控制的原理
模糊逻辑控制技术作为一种新的控制技术, 可以 模仿人的思维方法, 运用不精确不确定的模糊信息来 决策实现成功的控制。用模糊逻辑实现控制, 只需要 关心功能而不是系统的数学模型, 研究的重点是控制 器本身而不是被控现象。所以这种系统对系统参数变 化不敏感, 具有很强的鲁棒性, 适用于对不同对象的 控制。本系统的模糊逻辑控制是调整控制加热丝的通 断, 实现升温并使温度恒定。
一个“IF- THEN”控制规则 库中, 并把激 活的各个规 则
新 所 产 生 的 结 果“加 ”到 一 起 , 产 生 一 个“模 糊 输 出 ”集
合; 第三阶段是对这些模糊输出进行解模糊判决, 即 在一个输出范围内找到一个最具有代 表性的、可直 接
驱 动 执 行 机 构 的 、确 切 的 输 出 控 制 量 。
由于温度场具有较大的惯性, 温度变化一般不可 能很快, 温度采样时间间隔为 5s。模糊控制器的输入 为设定温度与实际测得温度的偏差 E (E=t0- t ; t0 为设 定的温度, t 为实际测得的温度。), 以及偏差的变化量 △E (△E =E 本- E 前=(t0- t)本- (t0- t )前=t 前- t 本 , 其中 E 前 为前次测量得到的温度偏差, E 本为本次测量得到的温 度偏差; t 前为前次测量得到的温度, t 本为本次测量得 到的温度 , 设定温度 t0 不 变), 输出为加 热 器 的 加 热 量 U。 根 据 实 际 情 况 将 E 分 为 四 个 模 糊 子 集 : B (大)、M (中)、S (小)、N (负), 对 应 温 度 的 偏 差 为 : t0- t>TM1℃、 TM2℃<t0- t<TM1℃、0℃<t0- t<TM2℃、t0- t<0℃(TM1 >TM2> 0; TM1、TM2 为根据实际确定的两个温度偏差的阈值); △E 分为三个模糊 子集: P(正)、Z(零)、N(负), 对 应 的 偏 差变化量为: t 前- t 本>A0、- A0<t 前- t 本<A0 、t 前- t 本<- A0( A0>0, A0 为根据实际确定的一个不大的温度偏差变化 量阈值); 电热水 器电热丝加 热量 U 分为四 个模糊子 集 : B(大)、M(中)、S(小)、Z(零), 对 应 于 二 根 电 热 丝 的 四 种状态的组合: 电热丝 1 电热丝 2 都加热、电热丝 1 加热、电热 丝 2 加热、电热 丝 1 电热丝 2 都 不 加 热(其 中电热丝 1 的功率大于电热丝 2 的功率)。E 及△E 对 应的模糊子集如图 2 所示。由于, 只是为实现简单的
Keywor d: fuzzy- contr ol, MCU, on- off contr ol, temper atur e contr ol, solar ener gy heater
术
பைடு நூலகம்
太阳能热水器冬天及阴天使用, 需要电辅加热, 传统的开关控制或 PID 控制效果并不好。模糊控制比 传 统 的 PID 等 控 制 方 法 在 强 时 变 、大 时 滞 、非 线 性 系 统 中 的 控 制 效 果 有 着 明 显 的 优 势 。将 模 糊 控 制 技 术 应 用的于家电产品在国外已是很普遍的现象, 单片机是 家用电器常用的控制器件, 把二者结合起来, 可使控 制器的性能指标达到最优的目的。基于模糊控制技术 的单片机控制的太阳能热水器是对电热水器传统的 开 关 控 制 的 改 造, 具 有 达 到 设 定 温 度 的 时 间 短 、稳 态 温度波动小、反应灵敏、抗干扰能力强、节省电能 等优 点。
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单片机开发与应用
基于单片机的模糊控制器的设计
A De s ig n o f Fu zzy- co n tro lle r b a s e d o n MCU
(武汉船舶职业技术学院)雷 建 龙
Lei,Jianglong
文献标识码: A
Abstr act: The purpose of automatic adjustment could be realized by the fuzzy- controller, whose input is the difference of the temper-
ature and its variety. By adding the difference and its variety after digital process, the relationship between the sum and control
《 P LC 技术应用 200 例》
邮局订阅号: 82-946 360 元 / 年 - 49 -
单片机开发与应用
中 文 核 心 期 刊 ! 微 计 算 机 信 息 "(嵌 入 式 与 SO C )2006 年 第 22 卷 第 6-2 期
模糊控制$!%!!% " 的隶属度函数均取为矩形 $模糊 控制规则如表 # 所示&
片 机 程 序 设 计 。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。
关键词: 模糊控制; 单片机; 开关控制; 温度控制; 太阳能热水器
中图分类号: TP273+.4 ;TP368.1;
* 多 谐 振 荡 电 路 由 G1、G2、G3、G4、Rt、Rs、C 组 成, 具体电路如图 3 所示。其中 Rt 是具有负温度系数 的热敏电阻(0℃- 100℃时其阻值在 3K- 1K 之间变化), 它是本电路中的温度传感器, 用环氧树脂胶涂于其外 表后置于热 水中, Rs 是限流电 阻, 阻 值 很 小 只 有 100 欧 , 非 门 采 用 TTL 门 74LS04 电 路 , 振 荡 周 期 约 为 T= 2.2RtC, 脉宽为 1.1RtC, 可见脉宽与 Rt 有一一对就应关 系, 故温度与脉宽也就有一一对应关系。
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单片机开发与应用
JNC WW4 LCALL TAB2; 3≤E+△E<5,控制量为 M(中) SJMP WW WW4: LCALL TAB3; E+△E≥5,控制量为 B(大) WW:...; 其它程序, 省略 TAB0: ...; 加热量最大 TAB1:...; 加热量中等 TAB2:...; 加热量小 TAB3:...; 加热量最小(不加热)