模糊自適應(yīng)PID控制器的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書

誠信聲明本人聲明：1、本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）是在老師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果；2、據(jù)查證，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計（論文）中不包含其他人已經(jīng)公開發(fā)表過的研究成果，也不包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過的材料；3、我承諾，本人提交的畢業(yè)設(shè)計（論文）中的所有內(nèi)容均真實(shí)、可信。作者簽名：日期：年月日畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書題目：模糊自適應(yīng)PID控制器的設(shè)計___________________________姓名xxxx系電氣信息學(xué)院專業(yè)自動化班級xxxx學(xué)號xxxxx指導(dǎo)老師xxx職稱xxxxxx教研室主任_____________________基本任務(wù)及要求：模糊自適應(yīng)PID控制算法對具有較大的滯后性、非線性、時變性的被控對象有較好的控制效果。以電加熱爐溫度控制系統(tǒng)為對象，設(shè)計一個模糊自適應(yīng)PID控制器，進(jìn)行仿真研究和性能分析。1．闡述模糊自適應(yīng)PID控制的原理；2．基于單片機(jī)模糊自適應(yīng)PID控制器硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計；3．控制系統(tǒng)軟件流程圖的編制；4．繪制硬件結(jié)構(gòu)圖（進(jìn)行仿真研究和性能分析）；5．說明書的編制；進(jìn)度安排及完成時間：①月日～月日：查閱相關(guān)資料，搜集課題所需資料，了解課題現(xiàn)狀、課題研究的目的和意義，做好選題報告和文獻(xiàn)綜述②月日～月日：畢業(yè)實(shí)習(xí)③月日～月日：自學(xué)相關(guān)知識。④ 月日～月日：硬件設(shè)計、軟件設(shè)計。⑤月日～月日：整理資料，撰寫畢業(yè)設(shè)計論文。⑥月日～月日：畢業(yè)論文審定、打印，答辯準(zhǔn)備。⑦月日～月日：畢業(yè)設(shè)計答辯（公開答辯、分組答辯）。目錄模糊自適應(yīng)PID控制器的設(shè)計 1DesignoffuzzyadaptivePIDcontroller 2第1章緒論 31.1課題的研究背景及意義 31.2本研究課題研究內(nèi)容和方法 41.2.1研究內(nèi)容 41.2.2研究方法 4第2章模糊自適應(yīng)PID控制原理 52.1PID控制系統(tǒng)概述 52.2模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng) 62.3PID參數(shù)對控制性能的影響 102.3.1比例（P）控制 112.3.2積分（I）控制 112.3.3微分（D）控制 12第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計 133.1基于單片機(jī)模糊自適應(yīng)PID控制器硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計 133.2單片機(jī)的選擇 143.2.1單片機(jī)的存儲結(jié)構(gòu) 143.3基于單片機(jī)的模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)的控制回路 153.4功能模塊 163.4.1單片機(jī)控制模塊 163.4.2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與采集模塊A/D0808 163.4.3按鍵選擇模塊 173.4.4顯示模塊 173.4.5報警模塊 183.4.6輸出模塊 183.5單片機(jī)仿真和元器件清單 193.5.1系統(tǒng)的整體設(shè)計 193.5.2元器件清單 20第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計 214.1Protues7軟件概況 214.2.1主程序流程圖 224.2.2采樣子程序流程圖 234.2.3濾波子程序流程圖 244.2.4顯示子程序流程圖 254.2.5按鍵選擇流程圖 264.2.6PID控制子程序流程圖 274.2.7T1中斷程序流程圖 28第5章模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)仿真 29總結(jié) 32參考文獻(xiàn) 33致謝 34模糊自適應(yīng)PID控制器的設(shè)計摘要：以單片機(jī)為主體,設(shè)計一個能夠處理較復(fù)雜數(shù)據(jù)和控制功能的電加熱爐溫度控制系統(tǒng).該系統(tǒng)具有自動檢測、數(shù)據(jù)實(shí)時采集、處理及控制結(jié)果顯示等功能.軟件采用模糊控制算法.結(jié)合了模糊控制快速性,保持較小超調(diào)量的優(yōu)點(diǎn)和PID控制方法成熟,可消除穩(wěn)態(tài)誤差。PID控制（ControlofProportionIntegrationDifferentiation）就是比例、積分、微分控制。它的性能取決于參數(shù)的整定情況，對那些對象模型復(fù)雜和難以確定精確模型的控制系統(tǒng)，具有很大的局限性，而且它的快速性和超調(diào)量之間的矛盾關(guān)系，使它不一定能滿足調(diào)節(jié)時間短，超調(diào)小的技術(shù)要求。而模糊控制的魯棒性好，無需知道被控對象的數(shù)學(xué)模型，且在快速性方面有著自己的優(yōu)勢。但模糊控制易受模糊規(guī)則有限等級的限制而引起穩(wěn)態(tài)誤差。這就是說，單一的PID控制或單一的模糊控制都有其自身的不足，因此，分析它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)，考慮可以把它們相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，形成模糊PID控制。此外，考慮把模糊PID控制和當(dāng)今新型的、性能較好的單片機(jī)結(jié)合在一起，更好的發(fā)揮他們的作用。關(guān)鍵字：電阻爐單片機(jī)自適應(yīng)PIDDesignoffuzzyadaptivePIDcontrollerAbstract:Microcontrollerasthemainbody,thedesignofacomplexdataandcontrolfunctionsoftheelectricheatingfurnacetemperaturecontrolsystem.Thesystemhasfunctionsofautomaticdetection,real-timedataacquisition,processingandcontrolresultsshowetc..Softwareadoptsfuzzycontrolalgorithm.CombinesthefuzzycontrolspeedofandmaintainasmallerovershootadvantagesandPIDcontrolmethodmature,caneliminatethesteady-stateerror.Theproportionalintegralderivative(PID)controllerisControlofProportionIntegrationDifferentiation.Itperformancedependsonthesituationthatparameterssets,thosecontrolsystemswhoseobjectmodelcomplexanduncertainaccuratehavegreatlimitations,anditsrelationshipbetweenrapidityandovershootmakeitimpossibletomeetregulatingtimeandshortovershoottechnicalrequirements.Therobustofthefuzzycontroliseffective,withoutknowledgeofthecontrolledobject'smathematicalmodel,andtherapidityhasitsownadvantage.Butthefuzzycontrolhasfuzzyruleslimitedlevel,itcancausesteady-stateerror.ThismeanssinglePIDcontrolorsingleFuzzyControlhasitsowndeficiencies,thereforeanalysistheiradvantagesanddisadvantages,considercombinethemandformedfuzzyPIDControl,Realizecomplementarystrengths.Addition,considercombinethefuzzyPIDcontrolandMCUwhichisnewandwhoseperformanceisbetter.Keywords:Resistancefurnace,Singlechipmicrocomputer,AdaptivePID第1章緒論課題的研究背景及意義現(xiàn)代控制系統(tǒng)，規(guī)模越來越大，系統(tǒng)越來越復(fù)雜，用傳統(tǒng)的控制理論方法已不能滿足控制的要求。智能控制是在經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是控制理論、人工智能和計算機(jī)科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。智能控制主要分為模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和實(shí)時專家系統(tǒng)。研究的主要目標(biāo)不僅僅是被控對象，同時也包含控制器本身。模糊理論是在美國柏克萊加州大學(xué)電氣工程系L.A.Zadeh教授于1965年創(chuàng)立的模糊集合理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要包括模糊集合理論、模糊邏輯、模糊推理和模糊控制等方面內(nèi)容。L.A.Zadeh教授在1965年發(fā)表的FuzzySet論文中首次提出表達(dá)事物模糊性的重要概念——隸屬函數(shù)。模糊控制理論的核心是利用模糊集合論，把人的控制策略的自然語言轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠接受的算法語言所描述的算法。但它的控制輸出卻是確定的，它不僅能成功的實(shí)現(xiàn)控制，而且能模擬人的思維方式，對一些無法構(gòu)成數(shù)學(xué)模型的對象進(jìn)行控制?！澳：拍睢备m合于人們的觀察、思維、理解、與決策，這也更適合于客觀現(xiàn)象和事物的模糊性?！澳：刂啤钡奶厣褪且环N“語言型”的決策控制。模糊控制技術(shù)，已經(jīng)成為智能控制技術(shù)的一個重要分支，它是一種高級算法策略和新穎的技術(shù)。自從1974年英國的馬丹尼(E.H.Mandani)工程師首先根據(jù)模糊集合理論組成的模糊控制器用于蒸汽發(fā)動機(jī)的控制以后，在其發(fā)展歷程的30多年中，模糊控制技術(shù)得到了廣泛而快速的發(fā)展。現(xiàn)在，模糊控制已廣泛地應(yīng)用于冶金與化工過程控制、工業(yè)自動化、家用電器智能化、儀器儀表自動化、計算機(jī)及電子技術(shù)應(yīng)用等領(lǐng)域。尤其在交通路口控制、機(jī)器人、機(jī)械手控制、航天飛行控制、汽車控制、電梯控制、核反應(yīng)堆及家用電器控制等方面，表現(xiàn)其很強(qiáng)的應(yīng)用價值。并且目前已有了專用的模糊芯片和模糊計算機(jī)的產(chǎn)品，可供選用。我國對模糊控制器開始研究是在1979年，并且已經(jīng)在模糊控制器的定義、性能、算法、魯棒性、電路實(shí)現(xiàn)方法、穩(wěn)定性、規(guī)則自調(diào)整等方面取得了大量的成果。著名科學(xué)家錢學(xué)森指出，模糊數(shù)學(xué)理論及其應(yīng)用，關(guān)系到我國二十一世紀(jì)的國力和命運(yùn)1.2本研究課題研究內(nèi)容和方法1.2.1研究內(nèi)容1．以單片機(jī)為核心，建立自動控制系統(tǒng)，構(gòu)建按鍵、采樣、顯示以及輸出等外圍電路，實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的搭建，建立電加熱爐系統(tǒng)的仿真圖；2．畫出軟件流程圖，根據(jù)流程圖編寫程序，并對其進(jìn)行調(diào)試，使其符合系統(tǒng)的具體要求；3．將所編寫的程序下載到單片機(jī)中去，對系統(tǒng)進(jìn)行整體調(diào)試，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整個功能，設(shè)計出符合實(shí)際要求的系統(tǒng)。研究方法模糊控制本質(zhì)（機(jī)理）分為單一型和復(fù)合型。復(fù)合型模糊控制器是把模糊控制和其他傳統(tǒng)控制方式組合在一起的控制器，這些控制方式一般有強(qiáng)比例控制、PID控制和開關(guān)控制等。本設(shè)計中要設(shè)計的模糊PID控制器就屬于復(fù)合性模糊控制器。模糊PID控制器是將模糊控制與經(jīng)典PID控制器結(jié)合起來，在線實(shí)時調(diào)整PID參數(shù)，獲得更好的控制效果。模糊控制PID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖1-1所示。逆模糊逆模糊化處理RPID調(diào)節(jié)器被控對象de/dt測量反饋基于單片機(jī)的模糊PID控制器Y干擾擾動模糊化模糊控制規(guī)劃模糊決策圖1-1模糊控制PID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第2章模糊自適應(yīng)PID控制原理2.1PID控制系統(tǒng)概述PID控制器系統(tǒng)原理框圖如圖2-1所示。將偏差的比例（KP）、積分(KI)和微分(KD)通過線性組合構(gòu)成控制量，對被控對象進(jìn)行控制，KP、KI和KD3個參數(shù)的選取直接影響了控制效果。圖2-1PID控制器系統(tǒng)原理框圖在經(jīng)典PID控制中，給定值與測量值進(jìn)行比較，得出偏差e(t)，并依據(jù)偏差情況，給出控制作用u(t)。對連續(xù)時間類型，PID控制方程的標(biāo)準(zhǔn)形式為，(1)式中，u(t)為PID控制器的輸出，與執(zhí)行器的位置相對應(yīng)；t為采樣時間；KP為控制器的比例增益；e(t)為PID控制器的偏差輸入，即給定值與測量值之差；TI為控制器的積分時間常數(shù)；TD為控制器的微分時間常數(shù)。離散PID控制的形式為(2)式中，u(k)為第k次采樣時控制器的輸出;k為采樣序號，k=0,1.2…;e(k)為第k次采樣時的偏差值;T為采樣周期;e(k-1)為第(k-1)次采樣時的偏差值。離散PID控制算法有如下3類:位置算法、增量算法和速度算法。增量算法為相鄰量詞采樣時刻所計算的位置之差，即式中：從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等方面來考慮，KP、KI、KD對系統(tǒng)的作用如下。（1）系數(shù)KP的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。KP越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但易產(chǎn)生超調(diào)，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定、KP過小，則會降低調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度緩慢，從而延長調(diào)節(jié)時間，使系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)特性變壞。(2)積分系數(shù)KI的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。KI越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差消除越快，但KI過大，在響應(yīng)過程的初期會產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過程的較大超調(diào);若KI過小，將使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。(3)微分作用系數(shù)KD的作用是改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。其作用要是能反應(yīng)偏差信號的變化趨勢，并能在偏差信號值變的太大之前，在系統(tǒng)引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。KP、KI、KD與系統(tǒng)時間域性能指標(biāo)之間的關(guān)系如表2-2所示。參數(shù)名稱上升時間超調(diào)量過渡過程時間靜態(tài)誤差KP減少增大微小變化減少KI減少增大增大消除KD微小變化減少減少微小變化表2-2KP、KI、KD與系統(tǒng)時間域性能指標(biāo)之間的關(guān)系2.2模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)模糊控制通過模糊邏輯和近似推理方法，讓計算機(jī)把人的經(jīng)驗(yàn)形式化、模型化，根據(jù)所取得的語言控制規(guī)則進(jìn)行模糊推理，給出模糊輸出判決，并將其轉(zhuǎn)化為精確量，作為饋送到被控對象(或過程)的控制作用。模糊控制表是模糊控制算法在計算機(jī)中的表達(dá)方式，它是根據(jù)輸入輸出的個數(shù)、隸屬函數(shù)及控制規(guī)則等決定的。日的是把人工操作控制過程表達(dá)成計算機(jī)能夠接受，并便于計算的形式。模糊控制規(guī)則一般具有如下形式:If{e=Aiandec=Bi}thenu=Ci,i=1,2…,其中e,ec和u分別為誤差變化和控制量的語言變量，而Ai、Bi、Ci為其相應(yīng)論域上的語言值。應(yīng)用模糊推理的方法可實(shí)現(xiàn)對PID參數(shù)進(jìn)行在線自整定，設(shè)計出參數(shù)模糊自整定PID控制器。仿真結(jié)果表明，該設(shè)計方法使控制系統(tǒng)的性能明顯改善。自適應(yīng)模糊PID控制器是在PID算法的基礎(chǔ)上，以誤差e和誤差變ec作為輸入，利用模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理，查詢模糊矩陣表進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，來滿足不同時刻的e和ec對PID參數(shù)自整定的要求。利用模糊規(guī)則在線對PID參數(shù)進(jìn)行修改，便構(gòu)成了自適應(yīng)模糊PID控制器，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2-3所示圖2-3自適應(yīng)模糊PID控制器結(jié)構(gòu)框圖PID糊自整定是找出PID參數(shù)(KP、KI、KD）與e和ec之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行中通過不斷檢測e和ec，根據(jù)模糊控制原理對3個參數(shù)進(jìn)行在線修改，以滿足不同e和ec對控制參數(shù)的不同要求，從而使對象具有良好的動、靜態(tài)性能，模糊控制的核心是總結(jié)工程設(shè)計人員的技術(shù)和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，建立合適的模糊規(guī)則表，得到針對3個參數(shù)KP、KI、KD,分別整定的模糊規(guī)則表。本設(shè)計模糊控制器輸入語言變量，分別表示輸入量的偏差和偏差變化率，規(guī)定：它們的論域?yàn)椋篍，Ec=﹛-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}；它們的模糊集為：E，Ec=﹛NB，NM，NS，O，PS，PM，PB﹜；其含義一次為負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大。輸入各個語言值的定義分別由高斯形隸屬函數(shù)曲線來描述。得出Kp、Ki、Kd的模糊控制表如表2-4、2-5、2-6所示。①Kp控制規(guī)則設(shè)計在PID控制器中，Kp值的選取決定于系統(tǒng)的響應(yīng)速度。增大Kp能提高響應(yīng)速度，減小穩(wěn)態(tài)誤差；但是，Kp值過大會產(chǎn)生較大的超調(diào)，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定減小Kp可以減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性，但Kp過小會減慢響應(yīng)速度，延長調(diào)節(jié)時間。因此，調(diào)節(jié)初期應(yīng)適當(dāng)取較大的Kp值以提高響應(yīng)速度，而在調(diào)節(jié)中期，Kp則取較小值，以使系統(tǒng)具有較小的超調(diào)并保證一定的響應(yīng)速度；而在調(diào)節(jié)過程后期再將Kp值調(diào)到較大值來減小靜差，提高控制精度。Kp的控制規(guī)則如表2-4所示。ECKpENBNMNSOPSPMPBNBPBPBPBPBPMPSONMPBPBPBPBPMOONSPMPMPMPMOPSNSOPMPMPSONSNSNMPSPSPSONSNMNMNMPMPSONSNMNMNMNBPBOONMNMNMNBNB表2-4Kp的控制規(guī)則②Ki控制規(guī)則設(shè)計在系統(tǒng)控制中，積分控制主要是用來消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。由于某些原因(如飽和非線性等)，積分過程有可能在調(diào)節(jié)過程的初期產(chǎn)生積分飽和，從而引起調(diào)節(jié)過程的較大超調(diào)。因此，在調(diào)節(jié)過程的初期，為防止積分飽和，其積分作用應(yīng)當(dāng)弱一些，甚至可以取零；而在調(diào)節(jié)中期，為了避免影響穩(wěn)定性，其積分作用應(yīng)該比較適中；最后在過程的后期，則應(yīng)增強(qiáng)積分作用，以減小調(diào)節(jié)靜差。依據(jù)以上分析，制定的Ki控制規(guī)則表如表2-5所列。 ECKiENBNMNSOPSPMPBNBNBNBNMNMNSOONMNBNBNMNSNSOONSNBNMNSNSOPSPSONMNMNSOPSPMPMPSNMNSOPSPSPMPBPMOOPSNMPMPBPBPBOOPSPMPMPBPB表2-5Ki模糊控制表③Kd控制規(guī)則設(shè)計微分環(huán)節(jié)的調(diào)整主要是針對大慣性過程引入的，微分環(huán)節(jié)系數(shù)的作用在于改變系統(tǒng)的動態(tài)特性。系統(tǒng)的微分環(huán)節(jié)系數(shù)能反映信號變化的趨勢，并能在偏差信號變化太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快響應(yīng)速度，減少調(diào)整時間，消除振蕩．最終改變系統(tǒng)的動態(tài)性能。因此，Kd值的選取對調(diào)節(jié)動態(tài)特性影響很大。Kd值過大，調(diào)節(jié)過程制動就會超前，致使調(diào)節(jié)時間過長；Kd值過小，調(diào)節(jié)過程制動就會落后，從而導(dǎo)致超調(diào)增加。根據(jù)實(shí)際過程經(jīng)驗(yàn)，在調(diào)節(jié)初期，應(yīng)加大微分作用，這樣可得到較小甚至避免超調(diào)；而在中期，由于調(diào)節(jié)特性對Kd值的變化比較敏感，因此，Kd值應(yīng)適當(dāng)小一些并應(yīng)保持固定不變；然后在調(diào)節(jié)后期，Kd值應(yīng)減小，以減小被控過程的制動作用，進(jìn)而補(bǔ)償在調(diào)節(jié)過程初期由于Kd值較大所造成的調(diào)節(jié)過程的時間延長。依據(jù)以上分析，制定的Kd控制規(guī)則表如表2-6所列。 ECKdENBNMNSOPSPMPBNBPSNSNBNBNBNMPSNMPSNSNBNMNMNSONSONSNMNMNSNSOOONSNSNSNSNSOPSOOOOOOOPMPBPSPSPSPSPSPBPBPBPMPMPMPSPSPB表2-6Kd控制規(guī)則根據(jù)模糊規(guī)則表在線修正PID參數(shù)，計算公式如下：Kp=K′p+△Kp；Ki=K′i+△Ki；Kd=K′d+△Kd：其中Kp、Ki、Kd為原先定好的初始PID參數(shù)。可根據(jù)被控對象的狀態(tài)自動調(diào)整PID的三個控制參數(shù)的取值。根據(jù)系統(tǒng)在受控過程中對應(yīng)不同的E和Ec，將PID參數(shù)的整定原則歸納如下：①當(dāng)|E|較大時，說明誤差的絕對值較大，Kp應(yīng)取較大值，以提高響應(yīng)的快速性；而為防止|Ec|瞬時過大，Kd應(yīng)該取較小的值；同時為避免出現(xiàn)較大的超調(diào)，應(yīng)對積分作用加以限制，通常取Ki=0。②當(dāng)|E|處于中等大小時，為使系統(tǒng)響應(yīng)超調(diào)較小，Kp應(yīng)取小些。在這種情況下，Kd的取值對系統(tǒng)響應(yīng)影響較大，Ki的取值要適當(dāng)。③當(dāng)|E|較小時，為使系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性，Kp與Ki均應(yīng)取大些，同時為避免系統(tǒng)在設(shè)定值附近出現(xiàn)振蕩，并考慮系統(tǒng)的抗干擾性能，應(yīng)適當(dāng)?shù)剡x取Kd值。Kd值的選擇根據(jù)|Ec|值來確定。當(dāng)|Ec|較大時，Kd取較小值；當(dāng)|Ec|較小時，Kd取較大值。通常情況下Kd為中等大小。2.3PID參數(shù)對控制性能的影響簡單的比例調(diào)節(jié)器能夠反應(yīng)很快，但不能完全消除靜差，控制不精確，為了消除比例調(diào)節(jié)器中殘存的靜差，在比例調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上加入積分調(diào)節(jié)器，積分器的輸出值大小取決于對誤差的累積結(jié)果，在誤差不變的情況下，積分器還在輸出直到誤差為零，因此加入積分調(diào)節(jié)器相當(dāng)于能自動調(diào)節(jié)控制常量，消除靜差，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。積分器雖然能消除靜差，但使系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢。進(jìn)一步改進(jìn)調(diào)節(jié)器的方法是通過檢測信號的變化率來預(yù)報誤差，并對誤差的變化作出響應(yīng)，于是在PI調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上再加上微分調(diào)節(jié)器，組成比例、積分、微分(PID)調(diào)節(jié)器，微分調(diào)節(jié)器的加入將有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，同時加快了系統(tǒng)的穩(wěn)定速度，縮短調(diào)整時間，從而改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能，PID控制規(guī)律為（2-7）因此它的傳遞函數(shù)為（2-8）U(s)和E(s)分別為u(t)和e(t)的拉氏變換，其中Kp為比例系數(shù)；為積分時間常數(shù)；為微分時間常數(shù)。或：（2-9）公式中，，，其中、、分別為控制器的比例、積分、微分系數(shù)。2.3.1比例（P）控制比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-stateerror）。u/view/339062.htm"比例來控制當(dāng)前，誤差值和一個負(fù)常數(shù)P（表示比例）相乘，然后和預(yù)定的值相加。P只是在控制器的輸出和系統(tǒng)的誤差成比例的時候成立。這種控制器輸出的變化與輸入控制器的偏差成比例關(guān)系。比例系數(shù)Kp對系統(tǒng)性能的影響：比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小。Kp偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時間加長。Kp太大時，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定。Kp太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢。Kp可以選負(fù)數(shù)，這主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器以控制對象的特性決定的。如果Kp的符號選擇不當(dāng)對象狀態(tài)(pv值)就會離控制目標(biāo)的狀態(tài)(sv值)越來越遠(yuǎn)，如果出現(xiàn)這樣的情況Kp的符號就一定要取反。2.3.2積分（I）控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（SystemwithSteady-stateError）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項(xiàng)會增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。積分來控制過去，誤差值是過去一段時間的誤差和，然后乘以一個負(fù)常數(shù)I，然后和預(yù)定值相加。I從過去的平均誤差值來找到系統(tǒng)的輸出結(jié)果和預(yù)定值的平均誤差。一個簡單的比例系統(tǒng)會振蕩，會在預(yù)定值的附近來回變化，因?yàn)橄到y(tǒng)無法消除多余的糾正。通過加上一個負(fù)的平均誤差比例值，平均的系統(tǒng)誤差值就會總是減少。所以，最終這個PID回路系統(tǒng)會在預(yù)定值定下來。積分控制TI對系統(tǒng)性能的影響：積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，TI?。ǚe分作用強(qiáng)）會使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。2.3.3微分（D）控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例項(xiàng)”往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。0958.htm"微分來控制將來，計算誤差的一階導(dǎo)，并和一個負(fù)常數(shù)D相乘，最后和預(yù)定值相加。這個導(dǎo)數(shù)的控制會對系統(tǒng)的改變做出反應(yīng)。導(dǎo)數(shù)的結(jié)果越大，那么控制系統(tǒng)就對輸出結(jié)果做出更快速的反應(yīng)。這個D參數(shù)也是PID被稱為可預(yù)測的控制器的原因。D參數(shù)對減少控制器短期的改變很有幫助。微分控制TD對系統(tǒng)性能的影響：微分作用可以改善動態(tài)特性，TD偏大時，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時間較短。TD偏小時，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時間也較長。只有TD合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時間。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1基于單片機(jī)模糊自適應(yīng)PID控制器硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計在控制中我們采取閉環(huán)控制系統(tǒng)，閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loopcontrolsystem)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對象的輸出(被控制量)會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負(fù)反饋(NegativeFeedback)，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)?；趩纹瑱C(jī)的模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)的控制回路框圖，主要由基于單片機(jī)的模糊PID控制器、控制部分、被控對象、測量反饋、及干擾組成，如圖3-1所示。由于沒有指定被控對象，被控變量、控制部分、測量反饋以及被控變量的設(shè)定值不能確定，所以在具體控制中具體選擇這些變量和儀器。圖3-1模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)的控制回路在回路中，設(shè)定值與測量反饋得到的偏差信號送給模糊PID控制器，模糊PID控制器輸出控制信號來調(diào)節(jié)控制閥，進(jìn)而改變被控變量，使偏差信號被控制在很小的范圍內(nèi)，即：使被控變量與設(shè)定值保持一致。基于單片機(jī)的模糊PID控制器的運(yùn)行原理：電源輸出5伏的電壓給各個芯片，使其獲得穩(wěn)定的電壓值?？刂葡到y(tǒng)中負(fù)反饋回路中的測量變送環(huán)節(jié)的測量值和被控變量的設(shè)定值進(jìn)行加法運(yùn)算得到偏差信號，此偏差信號經(jīng)過采樣、濾波，通過模數(shù)轉(zhuǎn)化器變?yōu)閿?shù)字信號，數(shù)字信號進(jìn)入單片機(jī)和存儲器芯片進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換器送給控制閥進(jìn)行控制。3.2單片機(jī)的選擇微型計算機(jī)是指由微處理器加上采用大規(guī)模集成電路制成的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，以及輸入輸出設(shè)備相連接的I/O接口電路，微型計算機(jī)簡稱MC。如果將微處理器、存儲器和輸入/輸出接口電路集成在一塊集成電路芯版上，稱為單片微型計算機(jī)，簡稱單片機(jī)。本次設(shè)計選用的是AT89C51，是MCS-51單片機(jī)系列的一種。其結(jié)構(gòu)體系完整、指令系統(tǒng)功能完善、內(nèi)部寄存器規(guī)范、性能優(yōu)越、技術(shù)成熟、具有高可靠性和高性價比。它提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。3.2.1單片機(jī)的存儲結(jié)構(gòu)存儲器是組成計算機(jī)的三大部件之一，其功能是存儲信息（數(shù)據(jù)和程序）。存儲器按其存儲方式可分為兩大類：一類為隨機(jī)存儲器（RAM）；另一類為數(shù)據(jù)存儲器（ROM）。CPU在運(yùn)行時可對RAM隨時進(jìn)行數(shù)據(jù)的的寫入和讀出，但在關(guān)閉電源時，RAM中所存的信息也會丟失，所以RAM只能用來存放暫時性的輸入/輸出數(shù)據(jù)、運(yùn)算中的結(jié)果等。RAM也因此常被稱為數(shù)據(jù)存儲器。而ROM是一種寫入數(shù)據(jù)后不能改寫只能讀出的存儲器。在斷電后，ROM中的信息保留不變，所以ROM用來存放固定的程序或數(shù)據(jù)。ROM因此也常被稱為程序存儲器。MCS-51單片機(jī)的存儲器配置比一般的微機(jī)配置復(fù)雜，其具體配置是多種存儲器的交疊。這種交疊不僅反映在存儲器的種類上，而且還體現(xiàn)在存儲器的地址空間上。MCS-51單片機(jī)存儲器可分為5類：1．片內(nèi)程序存儲器；2．片外程序存儲器；3．片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器；4．特殊功能存儲器；5．片外數(shù)據(jù)存儲器。3.3基于單片機(jī)的模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)的控制回路本系統(tǒng)是采用以AT89C51單片機(jī)為核心的溫度控制系統(tǒng)，通過溫度傳感器采樣實(shí)時溫度，并通過變送器將溫度最終轉(zhuǎn)換為電壓信號通過A/D轉(zhuǎn)換器0808將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送入單片機(jī)與給定值進(jìn)行比較，通過運(yùn)用PID算法得出控制結(jié)果，送顯示并進(jìn)行控制。總體設(shè)計方案見如圖3-4所示。看門狗看門狗報警提醒通信接口LED顯示鍵盤微型控制機(jī)AT89S51溫度檢測驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)8路D/A轉(zhuǎn)換器測量變送8路A/D轉(zhuǎn)換器加熱電阻溫度圖3-4系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖3.4功能模塊3.4.1單片機(jī)控制模塊A/T89C51是整個系統(tǒng)的控制核心，將采集來的數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行比較，利用PID算法得出結(jié)果并送輸出。整個控制系統(tǒng)的程序就下載到單片機(jī)中去。A/T89C51仿真圖如圖3-5所示。圖3-5單片機(jī)仿真.2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與采集模塊A/D0808AD0808是CMOS的8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用逐次逼近原理進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，芯片內(nèi)有模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換兩大部分，可對8路0～5V的輸入模擬電壓信號分時進(jìn)行轉(zhuǎn)換。模擬多路開關(guān)由8路模擬開關(guān)和3位地址鎖存譯碼器組成，可選通8路模擬輸入中的任何一路，地址鎖存信號ALE將3位地址信號ADDA、ADDB、ADDC進(jìn)行鎖存，然后由譯碼電路選通其中的一路，被選中的通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換部分包括比較器、逐次逼近寄存器（SAR）、256R電阻網(wǎng)絡(luò)、樹狀電子開關(guān)、控制與時序電路等。另外ADC0809輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到CPU數(shù)據(jù)總線上。實(shí)時溫度經(jīng)過傳感器的檢測并通過變送器將其轉(zhuǎn)換成模擬的電壓信號，而A/D0808則用來采集電壓信號并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號存儲在單片機(jī)中，以便后續(xù)對數(shù)據(jù)的處理。其硬件仿真圖如圖3-6所示。 圖3-6A/D0808仿真圖.3按鍵選擇模塊系統(tǒng)采用了兩個按鍵用來進(jìn)行溫度的設(shè)定，一個進(jìn)行溫度加，一個進(jìn)行溫度減。每按下一次，溫度就相應(yīng)的加一或減一。按照設(shè)計要求，溫度的設(shè)定范圍為50-150度，其仿真如圖3-7所示。圖3-7按鍵示意圖.4顯示模塊顯示模塊采用兩個7段共陰極數(shù)碼管，一個用來顯示實(shí)時溫度，一個用來顯示設(shè)定溫度。并用74LS04來驅(qū)動數(shù)碼管。其仿真圖如圖3-8所示。圖3-8顯示示意圖.5報警模塊當(dāng)實(shí)時溫度高于或低于設(shè)定溫度5度以上時，系統(tǒng)就會報警，報警指示燈紅燈亮。如圖3-9所示。圖3-9報警示意圖.6輸出模塊經(jīng)過數(shù)據(jù)的運(yùn)算，單片機(jī)通過P3.4口的高低電平來控制加熱系統(tǒng)的通斷，通過導(dǎo)通時間的長短來控制加熱的強(qiáng)度，以達(dá)到精確控制的效果。當(dāng)溫度在設(shè)定溫度的正負(fù)5度之內(nèi)時，系統(tǒng)進(jìn)行PID運(yùn)算控制；當(dāng)高于設(shè)定溫度5度時，停止加熱；當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定溫度5度時，全功率加熱。由于仿真軟件自身?xiàng)l件的原因，使用綠色的LED燈代替，當(dāng)綠燈亮?xí)r，表示正在加熱，不亮?xí)r，停止加熱。仿真圖如3-10所示。圖3-10加熱示意圖3.5單片機(jī)仿真和元器件清單.1系統(tǒng)的整體設(shè)計系統(tǒng)的整體設(shè)計圖如圖3-11所示。圖3-11系統(tǒng)設(shè)計方案圖其中：1．單片機(jī)采用的是MCS-51系列的89C51，其集成了中央處理器CPU、隨機(jī)存儲器RAM、程序存儲器ROM或EPROM、定時器/計數(shù)器、中斷控制器及串型和并行I/O接口等部件。單片機(jī)主要應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，用來實(shí)現(xiàn)對信號的檢測、數(shù)據(jù)的采集以及對應(yīng)用對象的控制。它具有體積小、重量輕、價格低、可靠性高、耗電少和靈活機(jī)動等許多優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)是微型計算機(jī)的重要分支，特別適合用于智能控制系統(tǒng)。2．實(shí)時的溫度測量由于條件的限制直接用模擬電壓來代替?zhèn)鞲衅骷白兯推?，?808來采樣和轉(zhuǎn)換溫度。.2元器件清單系統(tǒng)所需的元器件清單如表3-12所示。序號部件名稱所屬類數(shù)量1AT89C51MicroprocessorICs12A/D0808DataConverters137SEG-MPX4-CCOptoelectronics24BUTTONSwitches&Relays35LED-GREENOptoelectronics16LED-REDOptoelectronics1774LS373TTL74LSseries18RESPACK-8Resistors1974LS04TTL74LSseries810NOTSimulatorPrimitives111NORSimulatorPrimitives212POT-HGResistors113電容Capacitors214CLOCKSimulatorPrimitives215CRYSTALMiscellaneous116電阻Resistors117INPUT終端418GROUND終端719VSOURCESimulatorPrimitives1表3-12系統(tǒng)配置清單表第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1Protues7軟件概況PROTUES是一種基于標(biāo)準(zhǔn)仿真殷勤SOICE3F5的混合電路仿真工具，既可仿真模擬電路，又可以仿真數(shù)字電路以及數(shù)字、模擬混合電路，其最大特色在于能夠仿真基于控制器的系統(tǒng)。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯。PROTUES軟件的功能特點(diǎn)介紹如下：1．原理布圖2．PCB自動或人工布線3．SPICE電路仿真革命性的特點(diǎn)：1．互動的電路仿真。用戶甚至可以實(shí)時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。2．仿真處理器及其外圍電路?？梢苑抡?1系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Protues建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境。同時它還具有4大功能模塊：智能原理圖設(shè)計（ISIS），完善的電路仿真功能（Prospice），獨(dú)特的單片機(jī)協(xié)同仿真功能（VSM），實(shí)用的PCB設(shè)計平臺。4.2程序流程控制系統(tǒng)的程序主要包括：采樣、標(biāo)度變換、控制計算、控制輸出、中斷、顯示、報警、調(diào)節(jié)參數(shù)修改、溫度設(shè)定及修改。其中控制算法采用數(shù)字PID調(diào)節(jié)，應(yīng)用增量型控制算法，并對積分項(xiàng)進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到更好的控制效果。根據(jù)課題要實(shí)現(xiàn)的功能及要求。各個程序的流程圖如下。4.2.1主程序流程圖主程序主要實(shí)現(xiàn)了對系統(tǒng)的初始化，并通過調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)將運(yùn)算結(jié)果與極限值進(jìn)行比較，從而確定跳轉(zhuǎn)方向，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的報警功能及運(yùn)算功能。主程序流程圖如圖4-1所示。Ui(k)<UminUi(k)<UminT1中斷加熱報警顯示Ui(k)=UmaxUi(k)<Umax報警停止加熱Ui(k)=Umin加熱不報警停止加熱不報警設(shè)置對棧指針請標(biāo)志和暫存單元清閑時緩沖區(qū)采樣濾波溫度轉(zhuǎn)換掃描鍵盤NNNNYYYYUi(k)=UmaxUi(k)<UmaxUi(k)=UminUi(k)<Umin圖4-1主程序流程圖4.2.2采樣子程序流程圖采樣子程序的是A/D0808將模擬的電壓信號轉(zhuǎn)化成的數(shù)字信號，由于各種干擾會使系統(tǒng)產(chǎn)生誤差，為了減小誤差，所以要采樣三次，將采樣值存在2CH,2DH,2EH中去。采樣子程序流程圖如圖4-2所示。采樣值始址送R1采樣值始址送R1采樣次數(shù)送R0選同INT1選同INT1啟動ADC延時延時A/D完成？A/D完成？NNYY所有采樣結(jié)束？所有采樣結(jié)束？NNYY返回返回圖4-2采樣子程序流程圖4.2.3濾波子程序流程圖從上邊可以知道為了減小系統(tǒng)誤差采樣了3次，而濾波子程序則是將三次采樣值進(jìn)行比較，取中間值作為實(shí)時溫度的值，用它進(jìn)行顯示以及后續(xù)的的運(yùn)算。濾波子程序流程圖如圖4-3所示。YYNNYYYYNYYN(2CH)送A(2CH)≠(2DH)?(2CH)>(2DH)?(2CH)和(2DH)互換(2DH)≠(2EH)?(2DH)>(2EH)?(2CH)≠(2EH)?(2EH)>(2CH)?(2CH)送2AH返回(2EH)送2AH(2EH)送2AH(2DH)送2AH(2DH)送2AHN圖4-3濾波子程序流程圖4.2.4顯示子程序流程圖實(shí)時溫度和設(shè)定溫度分別存在51H和50H中，顯示子程序?qū)⑦@兩個溫度轉(zhuǎn)換成BCD碼見其存在70H-75H中，通過查表的方法將其轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的段碼，最后運(yùn)用動態(tài)顯示的方法將其顯示出來。顯示子程序流程圖如圖4-4所示NN開始將待顯示數(shù)送顯示緩沖區(qū)送掃描控制字送顯示緩沖區(qū)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為七段碼送顯示緩沖區(qū)斷碼送P1口送顯示緩沖區(qū)調(diào)用延時程序送顯示緩沖區(qū)指向下一地址送顯示緩沖區(qū)送掃描控制字送顯示緩沖區(qū)6位顯示完？掃描控制字左移一位送顯示緩沖區(qū)子程序返回送顯示緩沖區(qū)Y圖4-4顯示子程序流程圖4.2.5按鍵選擇流程圖通過延時程序判斷按鍵是否按下，從而進(jìn)行條件轉(zhuǎn)移，改變設(shè)定值。設(shè)定值的范圍是50-150度，當(dāng)溫度超過這個范圍是時，按鍵將不起作用。NNYYNNYYYNNYYA=150調(diào)TRAST131H←B32H←A開始調(diào)延時溫度加1A=150A1←A溫度加按下?溫度加按下?A=150?溫度減按下?溫度減按下?調(diào)延時A←A1A=50?A<150?清C返回A1←AA<50?清C溫度減1A←50NNNN圖4-5按鍵選擇流程圖4.2.6PID控制子程序流程圖根據(jù)PID算法公式，PID算法程序運(yùn)用雙字節(jié)加法程序，雙字節(jié)求補(bǔ)程序，雙字節(jié)無符號乘法程序，雙字節(jié)有符號乘法程序?qū)崿F(xiàn)了PID公式的程序化。PID控制子程序流程圖如圖4-6所示。根據(jù)E(K)=Ur-Ui(K)計算E(K)根據(jù)E(K)=Ur-Ui(K)計算E(K)計算Kp[E(K)-E(K-1)]計算Ki×E(K)計算Kp[E(K)-E(K-1)]+KiE(K)計算Kp[E(K)-E(K-1)]+KiE(K)+Kd[E(K)-2E(K-1)+E(K-2)]計算P(K)返回開始圖4-6PID算法程序流程圖4.2.7T1中斷程序流程圖當(dāng)中斷到來時，關(guān)閉計數(shù)器，清F0標(biāo)志位，返回主程序。T1中斷程序流程圖如圖4-7所示。中斷到來中斷到來關(guān)計數(shù)器T1清F0標(biāo)志位中斷返回圖4-7T1中斷子程序流程圖第5章模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)仿真在Matalable軟件仿真中設(shè)輸入（e、ec）的論域值均為（-6,6），輸出（KP、KI、KD）的模糊論語為（-3,3），取相應(yīng)論域上的語言值為負(fù)大(NB)、負(fù)中(NM)、負(fù)小(NS)、零(ZO)、正小(PS)、正中（PM）和正大（PB），而令所有輸入、輸出變量的隸屬度函數(shù)均為trinf如圖5-1，圖5-2所示;圖5-3為PID控制的3個參數(shù)的模糊控制規(guī)則圖5-1E、EC的模糊論域和隸屬函數(shù)圖5-2KP、KI、KD的模糊論域和隸屬函數(shù)圖5-3模糊控制規(guī)則然后構(gòu)建模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)的仿真模型并且給出了其相應(yīng)部分的子系統(tǒng)的框圖如圖5-4和圖5-5，最后的仿真結(jié)果如圖5-6所示。圖5-4模糊自適應(yīng)PID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖5-5模糊自適應(yīng)PID系統(tǒng)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖5-6模糊自適應(yīng)PID系統(tǒng)仿真結(jié)果總結(jié)本文主要借助單片機(jī)這一載體，設(shè)計了一個基于單片機(jī)的模糊PID控制器。本文開始介紹了PID控制、模糊控制產(chǎn)生的背景，并對單片機(jī)和模糊PID控制算法結(jié)合的可行性進(jìn)行研究，設(shè)計出一種解決上述問題的新型的模糊PID控制器。用matalable進(jìn)行系統(tǒng)仿真，對比得出了PID與模糊PID在控制方面的優(yōu)缺點(diǎn)，通過分析，我們知道在本系統(tǒng)中，采用模糊控制，大大提高控制精度，不但使控制簡捷，降低了產(chǎn)品的成本，而且能夠提高生產(chǎn)效率。目前關(guān)于PID控制器參數(shù)整定的基本方法有離散模型的控制器參數(shù)整定、基于Nyquist曲線的控制器參數(shù)整定和基于傳遞函數(shù)模型的控制器參數(shù)整定。把常規(guī)PID控制和模糊控制理論相結(jié)合，可以發(fā)揮一者的特點(diǎn)和優(yōu)勢，以期實(shí)現(xiàn)更好的控制效果。參考文獻(xiàn)[1]陶永華,尹怡欣,葛蘆生.新型PID控制及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998[2]許力.智能控制與智能系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006[3]張化光,何希勤,等.模糊自適應(yīng)控制理論及其應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2002[4]KatsuhikoOgata.現(xiàn)代控制工程[M].第三版.盧伯英,于海勛,等譯.北京:電子工業(yè)出版社,2000[5]劉明俊,于明祁,楊泉林.自動控制原理[M].長沙:國防科技大學(xué)出版社,2006[6]王一帆,石中鎖.自適應(yīng)模糊PID控制器及其MAT2LAB仿真[J].冶金自動化,2007(增刊)[7]孫增圻.智能控制理論與技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2000,11[8]劉曙光，魏俊明，竺志超.模糊控制技術(shù)[M].北京:紡織工業(yè)出版社，2001,56-80[9]黃崇福.模糊理論與工程系列叢書--模糊集理論與近似推理[M].武漢大學(xué)出版社,2004.07,80-93[10]廉小親.模糊控制技術(shù).中國電力出版社[M],2003.08,74-100[11]王立軍.模糊系統(tǒng)與模糊控制教程[12]張晶,汪濱琦,崔大海.基于MATLAB的轉(zhuǎn)臺模糊自適應(yīng)控制器設(shè)計[J].應(yīng)用科技,2007,[13]喬志杰,王維慶.模糊自適應(yīng)控制器的設(shè)計及其仿真[J].自動化與儀表,2008,[14]王巖.模糊自適應(yīng)控制器在過程控制中的應(yīng)用[J].機(jī)電工程,2004,[15]李書臣,胡玉娥,趙檢羅.PID參數(shù)模糊自適應(yīng)控制器的設(shè)計[J].儀表技術(shù)與傳感器,2001,[16]張健,張海軍.一種模糊自適應(yīng)控制器在室溫控制中的應(yīng)用[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報,2003,[17]馬莉,蔡自興.基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的模糊自適應(yīng)控制器[J].中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報,1998,[18]張紹德.一類非線性離散系統(tǒng)模糊自適應(yīng)控制器設(shè)計[J].華中理工大學(xué)學(xué)報,2000,致謝本研究是在我的導(dǎo)師肖鋒老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。在此謹(jǐn)向肖鋒老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。我還要感謝在一起愉快的度過畢業(yè)論文小組的同學(xué)們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后，再次對關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝！附錄ORG0000HAJMPMAINORG001BHAJMPCT1ORG0200HA1EQU50HMAIN:CLRAMOV2AH,AMOV2CH,AMOV2DH,AMOV2EH,AMOVA1,#50LOOP:ACALLSAMPACALLFILTERACALLTRASTACALLTESTKEYACALLDISPLAYMOVA,50HADDA,#5MOV52H,ASUBBA,#10MOV53H,AMOVA,51HCJNEA,52H,TPLAJMPLOOPTPL:JNCTPL1CJNEA,53H,MTPLAJMPLOOPMTPL:JNCHATAJMPLOOPAJMPLOOPACALLPIDMOVA,2FHCPLAINCASETBF0MOVTMOD,#50HMOVTL1,AMOVTH1,#0FFHCLRPT1SETBEASETBTR1SETBET1LOOP1:ACALLTESTKEYACALLDISPLAYJBF0,LOOP1AJMPLOOPCT1:CLRTR1CLRF0RETI;采樣子程序;SAMP:MOVR1,#02CHMOVR0,#03MOVDPTR,#0FEFFHREAD:MOVX@DPTR,AHERE:JBP3.3,HEREMOVXA,@DPTRRLCAMOV20H.0,CRLCAMOV20H.1,CRLCAMOV20H.2,CRLCAMOV20H.3,CRLCAMOV20H.4,CRLCAMOV20H.5,CRLCAMOV20H.6,CRLCAMOV20H.7,CMOVA,20HMOV@R1,AMOVP0,AINCR1DJNZR0,READRET;濾波子程序;FILTER:MOVA,2CHCJNEA,2DH,CMP1AJMPCMP2CMP1:JNCCMP2XCHA,2DHXCHA,2CHCMP2:MOVA,2DHCJNEA,2EH,CMP3MOV2AH,ARETCMP3:JCCMP4MOV2AH,ARETCMP4:MOVA,2EHCJNEA,2CH,CMP5MOV2AH,ARETCMP5:JCCMP6XCHA,2CHCMP6:MOV2AH,ARETTRAST:MOVA,2AHMOVB,#02HDIVABADDA,#25MOV51H,ARETTRAST1:SUBBA,#25MOVB,#02HMULABRET;按鍵選擇子程序;TESTKEY:JBP3.0,MAIN2_2 ACALL DELAY10 JBP3.0,MAIN2_2 JNBP3.0,$ MOV A,#1 ADDA,A1 CLR C CJNE A,#150,MAIN2_1_1 MOV A,#150 AJMP MAIN2_1_3MAIN2_1_1: JC MAIN2_1_3MAIN2_1_2: CLR C MOV A,#150MAIN2_1_3: MOV A1,A;;上面這一段是+1度按鍵,按下+1度;MAIN2_2: JBP3.1,MAIN2_3 ACALL DELAY10 JB P3.1,MAIN2_3 JNB P3.1,$ MOV A,A1 CJNE A,#50,MAIN2_2_1 AJMPMAIN2_2_3MAIN2_2_1:JC MAIN2_2_2CLRC MOV B,#1 SUBBA,BAJMPMAIN2_2_3MAIN2_2_2: MOV A,#50MAIN2_2_3:MOVA1,A;MAIN2_3:ACALLTRAST1MOV32H,AMOV31H,BRET;顯示子程序;DISPLAY:MOV A,A1 ;將待顯示的數(shù)存在70H到75H中MOV B,#100DIV AB ;顯示子程序MOV 73H,A ;百位在A MOV A,B ;MOVB,#10DIVABMOV72H,A;十位在BMOV71H,B;個位在CMOV A,51H ;將的十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制MOV B,#100DIV AB ;顯示子程序MOV76H,A ;百位在A MOV A,B MOVB,#10DIV