资源描述：
《基于单片机的模糊温度控制器的设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、研究与开发机电工程技术2!"00"7#年第$36%卷第"04&期基于单片机的模糊温度控制器的设计(1,2111常江,郭士清,陈光军,张连军(1.佳木斯大学机械工程学院,黑龙江佳木斯154007;2.哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001)摘要:本文针对温度控制的特点,利用MATLAB/SIMULINK和模糊逻辑工具箱对几种模糊控制算法进行仿真分析,得出控制规则自调整的模糊控制器的控制性能相对最优的结论,并在此基础上设计了以AT89C51单片机为核心的恒温箱温度控制系统。关键词:模糊控制;单片机;MATLAB/SIMULINK;仿真中图分类号
2、:TP273+.4文献标识码:A文章编号:1009-9492(2007)04-0024-041引言τ——对象的纯滞后时间常数。本文研究的被控对象为某生产过程中用到的恒温箱,本文针对某干燥箱的温度控制,用Cohn-Coon公式计按工艺要求需保持箱温100℃恒定不变。我们知道温度控算各参数得:制对象大多具有非线性、时变性、大滞后等特性,采用常K=0.181;Tc=60;τ=20。(2)自调整模糊控制器的结构[2][3]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自调整模糊控制器的结构如图1所示。验或手
3、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图1带自调整因子的模糊控制器操作经验的总结。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
4、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图中α为调整因子,又称加权因子。通过调整α值,果。为了弥补其不足,本文提出用自适应模糊控制技术,可以改变偏差E和偏差变化EC对控制输出量U的加权程达到模糊控制规则在控制过程中自动调整和完善,从而使度,从而调整了控制规则。但是,若α值一旦选定,在整系统的性能不断完善,以达到预期的效果。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。然而,在实际控制中,模糊控制系2自调整模糊控制器的结构及仿真统在不同的状态下,对控制规则中偏差E与偏差变化EC(1)控制对象的加权程度会有不同的要求。
5、为了适应被控对象的结构和一般温度可近似用一阶惯性纯滞后环节来表示,其传参数的变化,并模拟人工控制中的学习过程可以构造一个递函数为:如图1所示的带自调整因子的模糊控制器,其实质是一个Ke-τsG(s)=Tcs+1二级模糊控制系统。式中:K——对象的静态增益;具体方法是:将调整因子α看作是一个模糊集,其论Tc——对象的时间常数;域为(0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,(佳木斯大学科研基金资助项目(编号:L2006-10)收稿日期:2006—10—1624机电工程技术2!0""07#年第$36%卷第0"&4期研究与开发
6、1);根据希望的控制性能构造α的修改规则;根据检测及单片机作为下位机构成温度箱的模糊控制系统。由计算得到的信息查修正表,以选择适当的α值;由下式计PT100型铂热电阻作为温度传感器把被控对象的温度信号算控制量的变化值:转化为mV级电压信号,经运算放大器放大为0～5V的电U=-int[αE+(1-α)EC]压信号,然后经串行A/D转换得到数字量,被AT89C51此时,上式所描述的控制规则体现了按误差的大小自单片机I/O口读取,和事先已存于片内的EEPROM中的温动调整误差对控制作用的权重,因为这种自动调整是在整度电压对照查询表对照,即可得到实际的温度值,一
7、路进个误差论域内进行的,所以这种自调整过程更符合人在控行在线显示并经串行口传送到PC机储存和作图,一路作制决策过程中的思维,已经具有高“智能”的优化特点,为控制器的输入变量。控制器的输出通过单片机的I/O口且非常易于通过微机实时地实现其控制思想。经D/A转换变为模拟信号,经放大器放大后去触发可控硅(3)自调整模糊控制器的仿真[1]的导通角,以达到调节温度箱加热功率的目的。整个控制在模糊控制系统中,模糊控制的性能在很大程度上取系统构成一个闭环系统,其原理图如图3所示。决于模糊控制规则的确定是否合理以及模糊控制器的有关参数大小选择是否合适。简单的模糊控制器具
8、有设计比较简单、控制性能比较好的特点。对于复杂的控制系统,采用相似的模糊控制规则
