基于单片机系统的模糊控制算法及其优化
采用单片机与模糊推理算法实现具有自校正能力的模糊控制器设计
采用单片机与模糊推理算法实现具有自校正能力的模糊控制器设计1 引言模糊控制系统是基于的控制系统模糊逻辑-分析的一个数学系统模式输入价值根据逻辑承担连续的价值在0和1之间的可变物，与古典对比或数字式逻辑，动手术在二者之一的离散值0和1 （真实和错误）。
模糊逻辑是用途广泛在机器控制。
期限启发有些怀疑，听起来等效与“未完成的逻辑”或“伪造逻辑”，但“模糊的”部分在方法不提到缺乏严峻，宁可到事实介入的逻辑可能应付模糊的概念-不可能被表达如“真实”或“错误”的概念，但是宁可和“部份地配齐”。
虽然基因算法并且神经网络可执行作为模糊逻辑在许多情况下（实际上，某些神经网络可以证明数学上是等值对某些模糊逻辑系统［1］），模糊逻辑有好处对问题的解答可以被熔铸用人工操作能了解的术语，因此他们的经验可以用于控制器的设计。
这使它更加容易机械化已经由人成功地执行的任务。
模糊控制（Fuzzy Control）是目前自动控制研究中活跃而富有成果的领域之一，模糊理论是当前能用来对信息进行软处理的最新技术，可以将人的定性思维和判断方法定量化为适合计算机处理的过程，使计算机能判断像“大概”、“轻”这样的模糊信息。
模糊控制是基于规则的智能控制方式，它不依赖于被控对象的精确数学模型，特别适合对具有多输入一多输出的强耦合性、参数的时变性、严重非线性与不确定性的复杂系统或过程的控制，且控制方法简单，鲁棒性好。
将模糊控制技术应用于一般的电子产品在国外已是很普遍的现象，单片机常用的控制器件，把二者结合起来，可使控制器的性能指标达到最优的目的。
本文就是通过利用单片机作为平台，围绕模糊控制规则，以模糊推理算法作为控制系统核心，开发出具有自校正能力的通用的模糊控制器。
最后以一个温度监控系统为实例介绍了系统的软硬件设计。
2 模糊控制系统的组成及原理2.1 模糊控制系统的基本组成与原理。
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。
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。
自动化控制系统中的模糊控制算法研究与优化
自动化控制系统中的模糊控制算法研究与优化摘要：自动化控制系统在现代工业领域中扮演着重要角色，而模糊控制算法是一种常用的自动化控制方法。
本文将对模糊控制算法在自动化控制系统中的研究与优化进行讨论。
引言：自动化控制系统的设计和实现对于提高工业生产效率、降低成本、提升产品质量具有重要意义。
模糊控制算法作为一种基于人类直观经验的控制方法，可以很好地处理复杂的非线性系统和模糊的输入输出关系。
本文将从模糊控制算法的基本原理入手，深入探讨其在自动化控制系统中的研究与优化方法。
一、模糊控制算法的基本原理1. 模糊集合与模糊逻辑：模糊集合是指元素具有隶属度的集合，模糊逻辑则是通过模糊集合来处理不确定性或模糊性的逻辑运算。
在模糊控制算法中，我们可以利用模糊集合和模糊逻辑来建立模糊规则库，帮助系统做出合理的控制决策。
2. 模糊推理与模糊推理机制：模糊推理是指根据已知的模糊规则和输入条件，通过一系列的逻辑运算推导出相应的输出。
在模糊控制算法中，模糊推理机制可以将模糊输入映射到模糊输出，进而完成自动化控制系统的控制任务。
二、模糊控制算法的优化方法1. 模糊规则库的优化：模糊规则库是模糊控制算法中的重要组成部分，其中包含了一系列模糊规则。
优化模糊规则库可以提高控制系统的性能和鲁棒性。
常用的优化方法包括：模糊规则提取、模糊规则剪裁、模糊规则的合并与分裂等。
2. 模糊控制器参数的优化：模糊控制器的性能直接受到其参数设置的影响。
通过优化模糊控制器的参数，可以提高控制系统的响应速度和稳定性。
常用的优化方法包括：模糊控制器参数整定、模糊控制器结构优化等。
3. 优化模糊推理机制：模糊推理机制是模糊控制算法中的关键环节，其优化可以提高模糊控制系统的控制精度和鲁棒性。
常用的优化方法包括：模糊推理方法的改进、模糊推理引擎的设计与优化等。
三、模糊控制算法在自动化控制系统中的应用1. 工业过程控制：模糊控制算法可以应用于各种工业过程的控制，例如温度控制、流量控制等。
单片机模糊PID自整定控制算法的实现及仿真
单片机模糊PID自整定控制算法的实现及仿真一、引言PID控制（Proportional-Integral-Derivative Control）是一种常用的控制算法，用于调节系统的输出并使其接近设定值。
然而，传统的PID控制算法需要对调节参数进行手动调整，这在工程实际中往往十分困难。
为了解决这一问题，模糊PID自整定控制算法被提出。
模糊PID自整定控制算法可以根据系统的动态特性自动调整PID参数，提高系统的稳定性和鲁棒性。
本文将介绍单片机上模糊PID自整定控制算法的实现及仿真。
二、模糊PID自整定控制算法原理模糊PID自整定控制算法基于模糊逻辑理论，根据系统的输入和输出特征来自动调整PID的参数。
该算法过程主要包括模糊化、规则库的建立、推理、去模糊化等几个步骤。
以下是模糊PID自整定控制算法的具体步骤：1.模糊化：将输入和输出分别映射到隶属函数上，将连续的输入和输出转换为模糊的隶属度。
2.规则库的建立：利用专家经验建立一组模糊规则，规则库中包括输入的隶属函数和输出的隶属函数之间的关系。
3.推理：根据输入的隶属度和规则库的模糊规则，利用模糊推理得到输出的隶属度。
4.去模糊化：将模糊输出转换为确定性的输出，得到PID的参数。
三、单片机上模糊PID自整定控制算法的实现单片机上实现模糊PID自整定控制算法需要以下几个部分：传感器采集模块、模糊控制模块、PWM输出模块和显示模块。
1.传感器采集模块：使用传感器采集被控对象的输入和输出数据，如温度传感器、光敏传感器等。
2.模糊控制模块：将传感器采集的数据模糊化并输入到模糊控制器中，进行模糊推理，得到输出的隶属度。
3.PWM输出模块：根据输出的隶属度，计算PID的参数，然后将参数转换为PWM信号输出到被控对象。
4.显示模块：将被控对象的输入和输出数据、PID参数等信息通过显示模块显示出来，便于调试和监控。
四、单片机上模糊PID自整定控制算法的仿真为了验证模糊PID自整定控制算法的有效性，可以利用仿真软件进行仿真实验。
基于单片机的模糊PID控制双闭环直流调速系统研究
基于单片机的模糊PID控制双闭环直流调速系统研究摘要：本文研究了基于单片机的模糊PID控制双闭环直流调速系统。
首先介绍了直流电机调速的基本原理和PID控制算法，然后介绍了模糊控制的基本原理和模糊PID控制算法。
接着设计了基于单片机的双闭环直流调速系统，并进行了仿真和实验验证。
结果表明，模糊PID控制算法在双闭环直流调速系统中能够达到较好的调速效果，提高了系统的响应速度和稳定性。
关键词：单片机；直流调速系统；PID控制；模糊控制；双闭环1.引言直流电机调速系统广泛应用于工业控制领域。
PID控制算法是一种简单且常用的控制方法，但在一些复杂的控制任务中可能表现不佳。
模糊控制算法是一种基于模糊逻辑的控制方法，能够处理非线性和模糊性问题，具有较好的鲁棒性和自适应性。
因此，将模糊控制与PID控制相结合，可以提高控制系统的性能。
2.直流调速系统及PID控制算法直流调速系统主要由直流电机和控制电路组成。
直流电机的转速与电压成线性关系，可以通过调节电压来实现调速。
PID控制算法根据目标转速与实际转速的误差，计算出控制量来调节电压。
其中，P项对误差比例进行调节，I项对误差累计进行调节，D项对误差变化率进行调节。
3.模糊PID控制算法模糊PID控制算法基于模糊逻辑对误差进行模糊化和解模糊化处理。
首先将误差和误差变化率进行模糊化，然后根据模糊规则表进行推理，最后通过去模糊化得到控制量。
模糊PID控制算法相比传统的PID控制算法，在处理非线性问题和抗干扰能力方面具有优势。
4.基于单片机的双闭环直流调速系统设计本文设计了基于单片机的双闭环直流调速系统。
该系统的外环控制目标是速度，内环控制目标是电流。
首先使用PID控制算法计算出电压，然后使用模糊PID控制算法根据速度误差和电流误差进行调整。
系统采用PWM技术实现电压的调节，并使用反馈控制电流和速度。
5.仿真和实验验证本文使用MATLAB/Simulink进行了双闭环直流调速系统的仿真。
基于单片机的制冷系统数据融合自修正模糊控制方法
电 子 工 程 师
Ｄ． ８Ｎｏ ２ ２ ０ ２ ． ０ ２
基 于 单 片 机 的 制 冷 系 统 数 据 融 合 自 修 正
模 糊 控 制 方 法
Ｄ ａ ａ Ｆｕｓ ｏｎ Ａ ｄ ｔ ｉ ａｐｔ ｖ ｚ ｙ Ｃｏ ｒ ｌ Ｍ ｅ ｈｏ Ｂａ ｅ ｏ ｈｉ ｉ ｅ Ｆｕ ｚ ｎｔ ｏ ｔ ｄ ｓ ｄ ｎ Ｃ ｐ Ｍ ｉｒ ｃ ｃ ｏ ｏｍ ｐｕ ｅ ｖ ｉａ ｅ ｉ ｆ ｉ ｅｒ ｔ ｒ Ｓｙ ｔ ｍ ｔ ｒ Ａ ａ ｌ ｂｌ ｎ Ｒｅ ｒ ｇ ａ ｏ ｓ ｅ
空 军 工 程 大 学 工 程 学 院 （ 安 ７ ０ ３ ） 西 １ ０ ８
汪 诚
【 摘
要】
介 绍 了 一 种 用 于 制 冷 系 统 的 数 据 融 合 自修 正 模 糊 控 制 的 方 法 ， 设 计 了 并
Ｉ ８ Ｃ６ ＨＣ０ Ｂ６芯 片 为 基 础 的 硬 件 电 路 加 以 妾 现 ５
ＮＢ ＮＳ ＺＯ ＰＳ Ｐ Ｂ
控 制 的 目 的 。 糊 化 后 的 温 度 控 制 量 分 为 ： Ｏ （ ） 模 Ｚ 零 ，
２ 摸 糊 控 翩 的 采 用
近 年 来 ， 算 机 技 术 逐 步 用 于 制 冷 系 统 以 实 现 计 系 统 的 最 优 控 嗣 ， 是 ， 于 嗣 冷 系 统 工 作 过 程 的 复 但 由 杂 性 和 外 界 因 素 的 干 扰 使 得 其 最 优 控 制 数 学 模 型 难
的 电 机 开 关 信 号 作 为输 出 控 制 对 象 ， 取 准 三 维 模 采
糊 控 制 。 考 虑 到 大 型 制 冷 系 统 中 温 度 变 化 的 不 均 匀
性 ， 以应用 多传 感 器进行 温度 测量 ， 简 化说 明 ， 所 为
单片机模糊PID自整定控制算法的实现及仿真
单片机模糊PID自整定控制算法的实现及仿真2008-10-23 02:270 引言由于液压伺服系统的固有特性(如死区、泄漏、阻尼系数的时变性以及负载干扰的存在)，系统往往会呈现典型的不确定性和非线性特性。
这类系统一般很难精确描述控制对象的传递函数或状态方程，而常规的PID控制又难以取得良好的控制效果。
另外，单一的模糊控制虽不需要精确的数学模型，但是却极易在平衡点附近产生小振幅振荡，从而使整个控制系统不能拥有良好的动态品质。
本文针对这两种控制的优缺点并结合模糊控制技术，探讨了液压伺服系统的模糊自整定PID控制方法，同时利用MATLAB软件提供的Simulink和Fuzzy工具箱对液压伺服调节系统的模糊自整定PID控制系统进行仿真，并与常规PID控制进行了比较。
此外，本文还尝试将控制系统通过单片机的数字化处理，并在电液伺服实验台上进行了测试，测试证明：该方法能使系统的结构简单化，操作灵活化，并可增强可靠性和适应性，提高控制精度和鲁棒性，特别容易实现非线性化控制。
1 模糊PID自整定控制器的设计本控制系统主要完成数据采集、速度显示和速度控制等功能。
其中智能模糊控制由单片机完成，并采用规则自整定PID控制算法进行过程控制。
整个系统的核心是模糊控制器，AT89C51单片机是控制器的主体模块。
电液伺服系统输出的速度信号经传感器和A／D转换之后进入单片机，单片机则根据输入的各种命令，并通过模糊控制算法计算控制量，然后将输出信号通过D／A转换送给液压伺服系统，从而控制系统的速度。
该模糊控制器的硬件框图如图1所示。
模糊控制器的主程序包括初始化、键盘管理及控制模块和显示模块的调用等。
温度信号的采集、标度变换、控制算法以及速度显示等功能的实现可由各子程序完成。
软件的主要流程是：利用AT89C51单片机调A／D转换、标度转换模块以得到速度的反馈信号，然后根据偏差和偏差的变化率计算输入量，再由模糊PID自整定控制算法得出输出控制量。
控制系统中基于模糊逻辑控制的优化算法研究
控制系统中基于模糊逻辑控制的优化算法研究随着科技的发展，控制系统已经成为了现代工业的核心部分。
而在控制系统中，控制算法对于系统的稳定性和性能优化至关重要。
其中，模糊逻辑控制算法因其在不同情况下可以提供更加灵活的控制方式而备受青睐。
然而，模糊控制算法中涉及到的模糊集合、规则库以及推理引擎等方面尚需进一步研究与优化。
一、模糊逻辑控制算法的基本原理模糊逻辑控制是一种强大的控制算法，该算法是以人类思维方式为基础的控制方法，具有良好的实时性和灵活性，可用于各种不确定性大、非线性强和难以建模的控制系统。
模糊逻辑控制算法主要基于模糊集合理论，将各种输入量和输出量模糊化处理，运用专家规则库进行模糊推理，最终实现对于控制量的计算。
二、模糊逻辑控制算法的模糊集合构建与推理在模糊逻辑控制算法中，模糊集合是关键的概念之一，其是将实际操作中的输入量和输出量模糊化的基础。
模糊集合的构建依据实际情况，可以采用高斯型、三角形型、梯形型等不同形状的隶属函数进行定义。
同时，对于不同的输入量和输出量之间的关系，可以构建不同的模糊集合。
在模糊集合构建后，我们需要利用专家规则库进行模糊推理。
模糊规则库是由一系列“如果-那么”规则组成的知识库，该规则库是基于专家知识和操作经验的抽象。
推理过程中，输入量经过模糊化后，将根据专家规则库中的规则进行推理，得到对应的输出量模糊值。
最后，利用模糊集合的反模糊化操作，将模糊输出值转换为实际的控制量。
三、模糊逻辑控制算法的优化方法在实际应用中，模糊逻辑控制算法仍然存在许多问题，如规则库不够全面、规则不够准确、系统响应时间等方面的问题，因此需要进行进一步的优化。
1. 基于粒子群优化算法的模糊控制器参数优化粒子群优化算法是一种智能化优化算法，其基于群体智能的思想，模拟粒子对于最优解的搜索过程，能够避免局部最优解的问题，具有较强的优化能力。
因此，我们可以采用该算法进行模糊控制器的参数优化。
2. 基于模糊奇异摄动观测器的模糊控制方式模糊奇异摄动观测器是一种估计系统状态的方法，能够对于控制系统中的扰动进行有效的观测和补偿，增强了系统的鲁棒性。
基于单片机的模糊PID温度控制系统设计
摘要温度控制在热处理工艺过程中,是一个非常重要的环节。
控制精度直接影响着产品质量的好坏。
本文研究的电炉是一种具有纯滞后的大惯性系统，传统的加热炉控制系统大多建立在一定的模型基础上，难以保证加热工艺要求。
因此本文将模糊控制算法引入传统的加热炉控制系统构成智能模糊控制系统。
本文以模糊自整定 PID 控制算法为基础，设计以8031单片机为主体的控制系统控制电炉,构成一个能进行较复杂的数据处理和复杂控制功能的智能控制器，使其既可与微机配合构成控制系统，又可作为一个独立的单片机控制系统，具有较高的灵活性和可靠性。
单片机根据输入的各种命令，进行智能算法得到控制值，输出脉冲触发信号，通过过零触发电路驱动双向可控硅，从而加热电炉。
本文提出的基于模糊的自整定 PID 控制算法的控制系统具有真正的智能化和灵活性，有自动检测、数据实时采集、处理及控制结果显示等功能，对提高电炉温度的控制精度具有较好的意义。
关键词：电炉；单片机；模糊 PID。
AbstractTemperature in heat treatment craft is very important. Control precision effect directly the quality of the product. The electric stove is a kind pure great inertia system, and the traditional heat control system is based on some certain model, so is hard to satisfy the technological requirement.This paper will adopt fuzzy control algorithm to build a intelligent fuzzy control system.In this paper, we use fuzzy self-regulated PID algorithmt to design a electric stove control system depending on mainly 8031 chip and build a intelligent controller which can process complicated data and realize complicated control functiong, meanwhile is alao regarded as an independent SCM control system which has higher flexibility and dependability. The SCM accords to all kinds input orders to carry out intelligent algorithm in order to get control value, then to feed out the pulse signal to trigger circuit and drive the two-way silicon in order to heat the stove.The control system based fuzzy self-regulated PID algorithm has real intelligence and flexibility. The functions include automatic detection, real-time data gather and precess and displaying the control output and so on, which do well in improving the control precision. Keyword：Electric stove；SCM；Fuzzy PID.目录第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 控制器发展现状 (1)1.2.1 PID 控制器的发展现状 (1)1.2.2 模糊 PID 控制 (2)1.2.3 模糊自整定 PID 控制 (2)1.3 电炉采用模糊自整定 PID 控制的可行性 (2)第2章模糊自整定 PID 控制器的设计 (4)2.1 模糊推理机的设计 (4)2.1.1 模糊推理机的结构 (4)2.1.2 模糊推理机的设计 (4)2.1.2.1 精确量的模糊化 (5)2.1.2.2 建立模糊控制规则和模糊关系 (5)2.1.2.3 输出信息的模糊决策 (6)2.2 模糊自整定 PID 控制器 (6)2.2.1 PID 参数对 PID 控制性能的影响 (6)2.2.2 模糊自整定 PID 控制器 (7)2.3 模糊自整定 PID 控制器性能的研究 (8)2.3.1 Matlab 仿真结构图 (8)2.3.2 惯性时间常数的影响 (9)2.4 仿真结果分析 (10)第3章系统硬件和电路设计 (11)3.1引言 (11)3.2 系统的总体结构 (11)3.3 温度检测电路 (12)3.3.1 温度传感器 (12)3.3.2 测量放大器的组成 (12)3.3.3 热电偶冷端温度补偿方法 (13)3.4 多路开关的选择 (13)3.5 A/D转换器的选择及连接 (14)3.6 单片机系统的扩展 (15)3.6.1 系统扩展概述 (15)3.6.2 常用扩展器件简介 (16)3.7 存储器的扩展 (17)3.7.1 程序存储器的扩展 (17)3.7.1.1只读存储器简介 (17)3.7.1.2 EPROM2764简介 (17)3.7.2 数据存储器的扩展 (18)3.7.2.1数据存储器概述 (18)3.7.2.2静态RAM6264简介 (19)3.7.2.3数据存储器扩展举例 (19)3.8 单片机I/O口的扩展（8155扩展芯片） (20)3.8.1 8155的结构和引脚 (20)3.8.2 8155的控制字的及其工作方式 (21)3.8.3 8155与8031的连接 (22)3.9 看门狗、报警、复位和时钟电路的设计 (23)3.9.1看门狗电路的设计 (23)3.9.2报警电路的设计 (23)3.9.3复位电路的设计 (24)3.9.4 时钟电路的设计 (25)3.10 键盘与显示电路的设计 (25)3.10.1 LED数码显示器的接口电路 (25)3.10.2键盘接口电路 (26)3.11 DAC7521数模转换接口 (27)3.12 隔离放大器的设计 (28)3.13 可控硅调功控温 (29)3.13.1过零触发调功器的组成 (29)3.13.2主要电路介绍 (30)3.14 单片机开关稳压电源设计 (31)第4章系统软件设计 (32)4.1 主要程序的框图 (32)4.1.1主程序框图 (32)4.1.2键盘中断服务子程序 (33)4.1.3恒温及升温测控子程序 (34)4.1.4降温测控子程序 (35)4.2 模糊自整定 PID 控制算法 (36)致谢 (39)参考文献 (40)附录 (42)第1章 绪论1.1 引言电炉是热处理生产中应用最广的加热设备，通过布置在炉内的电热元件将电能转化为热能,借助辐射与对流的传热方式加热工件。
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。
基于单片机实现的模糊自整定PID控制器的开题报告
基于单片机实现的模糊自整定PID控制器的开题报告一、选题背景PID控制器是目前最常用的控制器之一，其运行简单、调试方便、稳定性能良好。
然而，在实际应用中，PID控制器也存在一些局限性，例如，不同的物理系统具有不同的响应特性，使用固定参数的PID控制器可能无法获得理想的控制效果。
为了解决这一问题，模糊控制在控制领域得到了广泛应用。
模糊控制具有适应性强、鲁棒性好等优势，可适用于不同的物理系统，并且不需要对物理系统进行完全建模。
为了提高控制器的自适应性，在模糊控制中常常需要使用模糊自整定PID控制器。
模糊自整定PID控制器可以根据系统的实时响应进行参数调整，从而优化控制效果。
因此，本次设计选用单片机实现模糊自整定PID控制器，以提高控制器的稳定性和控制效果。
二、研究内容和研究方法本设计的研究内容为基于单片机实现的模糊自整定PID控制器，具体包括以下几方面内容：1. 模糊控制原理和算法：介绍模糊控制的原理和常用算法，包括模糊集合、模糊规则库、模糊推理等。
2. PID控制原理和算法：介绍PID控制的原理、控制器结构和常用算法，包括比例控制、积分控制、微分控制等。
3. 模糊自整定PID控制器设计：根据模糊控制和PID控制的原理和算法，设计模糊自整定PID控制器的结构和参数调整方法。
4. 单片机系统设计和实现：基于单片机实现模糊自整定PID控制器，包括硬件设计和软件设计。
研究方法主要包括文献研究和实验验证。
三、预期研究结果和意义预期研究结果为设计出可行的基于单片机的模糊自整定PID控制器，并通过实验验证其应用效果。
具体结果包括：1. 设计出基于单片机的模糊自整定PID控制器的硬件电路，并完成相应的软件编写。
2. 通过模拟实验和真实物理系统实验验证模糊自整定PID控制器的控制效果，和传统PID控制器的控制效果进行比较。
本设计研究的意义在于提高控制器的自适应性和控制效果，为实际工程中控制器的设计和应用提供参考。
同时，也拓宽了单片机在控制领域的应用范围。
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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基于单片机系统的模糊控制算法及其优化
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
1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) (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。
根据以上规则，为了改善系统性能，使得控制系统既有快速的动态响应又有良好的稳态精度，同时还能自适应系统过程参数的变化，就需要使控制器能根据被控系统偏差绝对值e (t) 的大小，按照规则自动在线修改和调整量化因子。
确定了以上规则后就可以根据具体情况在遵循上述规则的前提下选择各量化因子的变化曲线。
在实际应用中，为了简便起见，各量化因子的自修正曲线可以采用折线形式，本文使用以下公式：Ke=KeO+kl e(t)
Em\2 (4)
Kec=Kec0 当o< e(t) <Em\2 (5)
Kec=KeO-k2 e(t) 当e(t)>Em／2
Ku=KuO-k3 e(t)
以上各式中，Kec0、Ke0、Ku0分别是偏差为O时Kec、Ke、Ku的值；Em是系统允许的最大误差；kl、k2、k3则是3个可根据系统的具体情况而整定的系数。
2.2插值法
由于进行极大极小合成运算时，在对连续的精确量进行模糊化过
程中信息量严重损失，为了进一步改善系统性能，需要想办法增加系统信息量，为此引入数学中的线性插值法。
线性插值的公式如式8所示
Y(X)=Yi+(Yi+l-Yi)Ai+l(X) (8)
2.3优化算法的计算步骤
按照极大极小合成原理离线计算出控制量表，并存储在单片机中；
将被控对象的输出量与给的值相减，得出偏差e(t)和偏差变化率de(t)\dt即Ec(t)；然后根据偏差绝对值 e (t) 的大小，由式4到7求出各量化因子的大小，再根据式4到7对e(t)和Ec (t)进行量化，求得E(t)、Ec(t)；
{根据上一步求出的E(t)、Ec (t)，确定其在模糊控制量表中所对应的理论域[Ei，Ei+l]和[Ecj，Ecj+l]，并从模糊控制量表中查出对应得Ui，j、Ui+l，j和Ui+l，j、Ui+l，j+l，再安式1 2、1 3计算出Ai+l(E)和AJ+1(Ec)，最后全部代入到式9到1 3，得到模糊量输出U(t)；
将模糊量输出U(t)乘以Ku就能得到控制量的输出u(t)
3小结
通过对智能控制算法的应用研究，算法的优化，以及仿真实验进
一步证明了只能控制算法设计的特点：
(1)算法简单实用，本质上不依赖于系统的数字模型；
(2)可充分利用单片机的软件资源，可靠性高，开发速度快；
(3)克服了传统PID控制器操作的困难，提高了系统的智能化程度；
(4)模糊PID控制器棒性好，具有专家控制器的特点，并可推广应用于其它工作领域。
该方法能使系统的结构简单化，操作灵活化，并可增强可靠性和适应性，提高控制精度和鲁棒性，特别容易实现非线性化控制。