毕业设计（论文）-基于单片机模糊pid控制算法实验设计

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1、北京理工大学本科生毕业设计（论文）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

2、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II北京理工大学本科生毕业设计（论文）AbstractThemaintaskofautomaticcontroltheory’sexperimentsistohelpstudentsmasterbasicprinciplesandmethodsof

3、automaticcontroltheorybyexperiment.Basedonmasteringvariouscorrectionmethods,ithelpstoenhanceunderstandingandawarenesstowardscontroltheory,tointegratetheorywithpractice,andtoenhancetheanalysisofproblemsandproblem-solvingabilities.Thedesignisbasedontheoriginaltestca

4、se,accordingtotheconventionalPIDcontrol,todevelopnewfuzzycontrolexperiments.TheyarecoredbytheMCUC8051F330,byusingClanguagedevelopmentenvironmentandwritingcodesintotheMCU.ThealgorithmcombinesconventionalPIDcontrolandfuzzycontroltogether,andusesfuzzyreasoningtooptim

5、izethreePIDparametersKp,KiandKdforreal-timeaccordingtodifferenterroreanderrorchangerateofec,onlytoachieveoptimalcontrol.EventuallyfuzzyPIDcontrolalgorithmisrealized.SincetheoriginalMCU’smemoryislimited,afteranumberofexperiments,twofuzzycontrolrulebaseshavebeensele

6、ctedtodoalgorithmvalidationtowardsthird-orderplant.ExperimentsshowthatfuzzycontrolhasincreasedsystemcontrolperformanceobviouslycomparedwithconventionalPIDcontrol.Keywords:MCU;PIDcontrol;fuzzycontrolII北京理工大学本科生毕业设计（论文）目录第一章绪论11.1研究背景和研究意义11.2本文结构11.3本章小结1第二章单片机原理32

7、.1单片机系统设计的基础32.1.1理论储备32.1.2单片机系统设计的内容32.2单片机控制系统总体方案的设计32.2.1设计方法总述32.2.2直接数字控制42.2.3数字化PID控制42.3单片机系统硬件设计42.3.1存储器拓展52.3.2模拟量输入通道的拓展52.3.3模拟量输出通道的拓展52.3.4开关量的I/O接口设计52.3.5操作面板62.3.6系统速度匹配62.3.7系统负载匹配62.4单片机系统的软件设计62.4.1保证可靠性62.4.2软硬件折中问题72.4.3应用软件的特点72.4.4软件开发步骤

8、72.5单片机控制系统的调试7II北京理工大学本科生毕业设计（论文）2.5.1硬件调试72.5.2软件调试82.5.3硬件、软件仿真调试9第三章PID控制器103.1.1闭环控制算法113.1.2PID是比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法113.1.3比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法各