基于LabVIEW的模糊溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

基于LabVIEW的模糊控制系統(tǒng)設(shè)計摘要本文以LabVIEW為開發(fā)環(huán)境進行設(shè)計模糊控制器，將設(shè)計出的模糊控制器應(yīng)用到溫度控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)了在有干擾作用的情況下對烤箱溫度的控制，取得較好的控制效果。關(guān)鍵詞：虛擬儀器模糊控制熱電偶AbstractThispaperisdesignissueistheuseofLabVIEWfuzzycontrol,throughthedesignoffuzzycontrolprocedurestocontroltheplant(oven)temperature.Finally,itcomesturecontrolthetemperatureofoveneveniftherehasdisturb.Keywords:1引言虛擬儀器（LabVIEW），就是在以通用計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設(shè)計定義虛擬面板，測控功能由軟件實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)。虛擬儀器的實質(zhì)是利用計算機顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)的控制面板，以多種形式表達輸出結(jié)果，利用計算機強大的軟件功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的運算、分析、處理和保存，利用I／O接口設(shè)備完成信號采集、測量與控制。模糊控制的基本思想是利用計算機來實現(xiàn)人的控制經(jīng)驗，而這些經(jīng)驗多是用語言表達的具有相當模糊性的控制規(guī)則。因為引入了人類的邏輯思維方式，使得模糊控制器具有一定的自適應(yīng)控制能力，有很強的魯棒性和穩(wěn)定性，因而特別適用于沒有精確數(shù)學模型的實際系統(tǒng)。本文將模糊控制的基本思想應(yīng)用到基于虛擬儀器的溫度控制系統(tǒng)中。通過熱電偶測量烤箱實際溫度，與給定值比較。當測量溫度與設(shè)定溫度之間存在較大的偏差(e≥6℃)時，定時器產(chǎn)生占空比較大的脈沖序列，全力加熱。當系統(tǒng)溫度與設(shè)定溫度之間偏差小于6攝氏度，采用模糊控制算法。模糊控制器根據(jù)誤差和誤差變化率，經(jīng)過模糊推理輸出脈沖序列的占空比的大小,經(jīng)過固態(tài)繼電器控制烤箱電源得通斷,從而實現(xiàn)對烤箱溫度的控制。2系統(tǒng)組成模糊控制器模糊控制器執(zhí)行器AAAAAAAA電烤箱向熱電偶—給定值輸出量圖1溫度控制系統(tǒng)框圖課2.星1觸硬件延組成盾傳感協(xié)器：朱熱電太偶后；峽信號震調(diào)理正電路過：是S品C-前23筆45幅信號憲調(diào)理釣箱，營SC租C-訴TC龍02恥熱電冠偶調(diào)烈理模偽塊；述溫度忘信號梢采集俘：D持AQ嚷多功肥能數(shù)義據(jù)采拿集卡掌PC針I(yè)6右01雹4健；澤執(zhí)行逢器：洗DA礦Q多技功能允數(shù)據(jù)哈采集逮卡上吃的定碧時/露計數(shù)想器，霧固態(tài)確繼電偷器；龍對象鳥：電津烤箱才。們2.戀2溫胖度測誰量橡1懼數(shù)據(jù)喪采集夾熱電豬偶有歇三個音較為妨突出創(chuàng)的優(yōu)守點：等其一村，俱測量愉精度江高。悶因熱夏電偶牧直接胳與被轎測對亂象接賀觸，游不受愛中間繡介質(zhì)集的影伏響鴿；其處二，那測量習范圍丟廣。右常用攀的熱偏電偶挖從-殿50劫~+耐16賢00倡℃膏均可驗邊續(xù)藍測量層，某診些特歸殊熱足電偶部最低若可測車到切-2龜69育℃售（如猾金鐵秀鎳鉻禽），凱最高迅可達蒼+此28殲00緩℃公（如奶鎢-炮錸）副；其另三，羨稱構(gòu)造倍簡單鬧，使溪用方顫便。默熱電命偶通斥常是帶由兩仇種不么同的脹金屬礙絲組槍成，斤而且撲不受余大小哭和開菜頭的鍋限制凍，外疫有保隔護套礙管，告用起秘來非縫常方辦便。剛根據(jù)段正、脂負極氏用材行料的畢不同積，熱典電偶惕分為含B、烏E、禍J、旺K、急R、希S、煉T、茫Y廳型?；疾捎脨赖氖呛蘇型悶熱電買偶，紫其正元極為羨鎳鉻刺合金富，負憑極為錦鎳硅伯合金健。與衰其它冊類型船的熱木電偶桑相比托，K天型熱屑電偶俱的線伯性較禾好，遭使用材方便游，因門而在矛工業(yè)坡測量領(lǐng)中被匯廣泛毯使用榨?？荻鴮嵲陔H工距作中仿，熱蹄電偶案的自她由端芹（冷已端）壓是在鞭室溫趕下，罩為了添得到運正確蛋烤箱因溫度冤，在壤查分箱度表目時，危要將黑室溫犁對應(yīng)垮的熱筐電偶并的熱期電勢骨考慮些進去坑，這墾就是補冷端追補償逢。界2學信號見調(diào)理需測溫黃元件憐熱電蠶偶產(chǎn)軍生的懂是低捷電壓轎信號秒，它天需要械進一普步的州放大型、過囑濾以漆及線捉性化是等處邀理．燕本文型采用跡SC誤C-僅TC笛02劇熱電巾偶調(diào)凍理模惰塊姿，都通過何SC杯-2仗34盈5鴿屏蔽射盒與微數(shù)據(jù)察采集旋卡相咽連彼。傘SC劉C-測TC污02趣熱電姥偶調(diào)乘理模嫩塊工爺作原旋理圖辜如圖莊2所杠示。涉圖腦2看S覽CC島-T誤C0林2漢熱電燭偶調(diào)伙理模音塊工窗作原貞理圖敞SC丑C-晶TC遮02濾接受濾三個隱信號善：T隸C+夏，忙TC傷-詠，和嚇GN警D嚴。T貞C+肆是熱飼電偶任的正附極和所TC粉-是憶熱電握偶負蒙極抽。接晴地端脈子連蓋接到蒸AI倍GN乘D的踢E系析列D辰AQ喂裝置賺。猜熱電聽偶冷假端信戒號和危傳感涉器信寒號測狐量的纖分別呼由撇E系腰列數(shù)徐據(jù)采渣集設(shè)蠟備純從標X和權(quán)X+社8慮通道攤獲得脂，其帆中X品為0牛到7較取決助于區(qū)操作孩者泰插T須C0塞2在刑SC搭C-教23規(guī)45臨的哪緒個插勉槽譜。天SC斤C-收TC舞02膠熱電桃偶調(diào)炒理模冠塊的女工作寧電路路由兩絮部分秀組成罪，一白部分砌與熱鏈電偶哥連接哥，內(nèi)體部具窩有稿10該0貝倍的堵放大抹器和肚濾波駐器，巷將熱頓電勢軍放大里，濾埋波；植另一跟部分搖是用繪熱敏慎電組悲測量小室溫棚的電債路，礦用公仁式算矛出室舍溫，愁對熱薪電偶張冷端桶補償儉。筒3扭數(shù)據(jù)回處理療利用饑La就bv降ie舟w程跳序中堤多通高道罰數(shù)據(jù)量采集同子V基I劉將殼檢測折端數(shù)滾據(jù)和霜冷端摟數(shù)據(jù)岡兩個萌通道漫的數(shù)依據(jù)慌（謊第接X掏通道巨和殿X+挨8另通道知）采鴿集到叛數(shù)組嚼中斑，匆再外經(jīng)過纖In衫de類x期Ar斧ra倡y叮把數(shù)雪組分匪離開輛，然雷后分噸別處譽理暈。惰3.畫1拌熱彎電偶按檢測促到的艦數(shù)據(jù)藝處理固第將X社通道烏采集躁上來揭的數(shù)蕩據(jù)從懼數(shù)組典輸出叉并且依取平尤均值浸（取傳平均土值是候為了梁消除擔隨機瞎誤差習），爛這個曲數(shù)值食就是刃熱電倦偶此貸時的推電壓歡值，乳把這慕個數(shù)跨乘裳10硬00巡（因旋為采抗集上腦來的進電壓帝信號念的單掀位是論伏特時，而孩K型媽熱電銹偶的華分度念表中路的電撿壓是豎毫伏拌），洋然后巧再除摔10匆0竟，(僚因為伸熱電庭偶調(diào)丟理模列塊里譜有一晃個捎10壺0溉倍的儲放大室電路置)把異結(jié)果扮輸入閱到分牲段子兄程序括中，助進行縣分段撒子程錫序處已理。夏由于掌熱電畫偶的確溫度失與電你壓的嘴關(guān)系訪是非褲線性鞭的，標為了抬把它姓分段農(nóng)線性雷化，畫所以粒就把釋溫度逼分成臂若干銜段，載認為俘在每聚段里悼，溫餓度和賀電壓搞的關(guān)語系是隱線性既的，晉可以搶用公凡式算要出當歡時電駕壓所讀對應(yīng)窄的溫樂度值父。分問段的污依據(jù)讀就是輔K型陷熱電論偶的嬌分度薦表，透見表畝2.啄1節(jié)表1瘡：K休型熱葬電偶詞分度燦表閘T（灣℃胳）雁0魚10錢20代30兩40烏50困60哭70峽80驗90獨E（玩mV界）耕0.琴00擴0布0.公39進7鄰0.魯79矮8犬1.亡20晨3逼1.雄61查2隨2.胡02智3螺2.征43簡7熟2.磁85畏2稀3.熊26歡7貓3.有68稅2悠T（背℃負）嫌10礎(chǔ)0笛11盞0江12丘0橡13賀0瘋14換0殊1培50葡16雙0威17傭0巨18掌0礎(chǔ)19需0烤E（閥mV旗）萬4.監(jiān)09謙7可4.低50漢9剃4.恢92菌0礙5.納32扁8瓜5.拋73鋸5其6.起13圖9踢6.波54限0至6.使94極1肯7.晝34自0帳7.襲73枕9扔T（森℃跪）銜20何0由21幼0啟22號0稠23罩0喬24糖0寄25氏0呈E（欣m(xù)V誓）到8.讀13雪8遼8.胖53低9報8.乘94菜0崇9.慢34賴3愉9.虜74售7類10誰.1畝53平熱電隊偶測傍溫的虛部分各，將層檢測詠到的天溫度脊以電柏壓值找的方箭式傳廣到計瞇算機嶄，這償就需恩要把曉電壓酒值轉(zhuǎn)泊換成堂溫度擁，轉(zhuǎn)柿換成吧溫度概才便串于觀醉測和磁顯示癢?；ㄒ孕U10冤℃沫為單輸位，訪根據(jù)迎分度肚表（抖參見讀下表個1）菠，毒分出磨12啦個等損分的稼溫度襖段，啟然后錦進行肯分段蔑線性怠化，場把采微集到框的電谷壓分林段，丘在每蜘一段慨內(nèi)，紗采用為線性樹插值筍的方血法計逼算，蜘利用壘以下蠢公式殊：華經(jīng)過平分段海子程壘序進崖行處配理后乖，輸標出的擋數(shù)值攤是烤卸箱溫統(tǒng)度相眉對室倒溫的未差值明。燦熱電康偶信浪號處足理子拆程序匆使用識了一事個箭ca值se基結(jié)構(gòu)猛，見棟圖哪3銅：零圖迅3賺熱電糠偶信吵號處育理子終程序卡3溝.2糕利壇用熱腰敏電酬阻測笛量室?guī)X溫進惜行冷市端補聚償屆第鈴X+乓8珠通道恐采集至上來揚的數(shù)筒據(jù)從薦數(shù)組瞇輸出異并且仰取平鳴均值漸，把油這個隔數(shù)值微輸入竭到公抖式子探程序炕中，障經(jīng)過鳥公式巖子程干序進化行處攜理后校，輸段出的余數(shù)值由就是記室溫譜。凱熱敏虧電阻疑的部科分，難利用奮冷端迅轉(zhuǎn)換筒模塊食是根尋據(jù)S錦CC匠-T容C0譽2說后明中且所給膝出的嶄公式咱：掩T（牌℃征）=摘TK蔥-2笨73穿.1捐5怎RT級是熱春敏電砍阻的梨歐姆要值潛通過蝦公式氧編輯混器，翠直接盤輸入搬公式秀轉(zhuǎn)換鏡得出裳溫度咬值。滅由于辰采用襲的K刷型熱嶄電偶拘的線忌性度隆較好衫，為詳了程羽序的護簡化軟，把雪熱電鳳偶的敲溫度越和室罪溫的岡差值賞和室耗溫直料接相料加，某結(jié)果點就是我烤箱遙的溫基度。醫(yī)4腐模糊闊控制建器設(shè)況計集模糊功控制夕的實擾現(xiàn)要絡(luò)經(jīng)過鉤5個聲步驟稍：突4.售1侄確定竹模糊約控制反器的舌輸入喚、輸枯出語波言變睛量切系統(tǒng)潤誤差含及其訓(xùn)變化碰率腥作為毀模糊鴨控制腎器的講輸入勺變量廈，擾以就u吉作為炮輸出趣變量巡作供為模汪糊控捎制器泡輸出情，模從糊控客制器蠶是雙腫輸入扶單輸辦出型宇。漸4.汪2盛模糊塞化愿。垃用模希糊語其言變侍量E顫、E沈C、炭U匆來描嬸述偏澤差、蛋偏差茫變化湯率及功輸出益?？h因為衰烤箱窮不能瞧進行排降溫刊的操陷作，偏烤箱鳴溫度在如果鞠大于叮給定旁值，無只能寧不加此熱自屈然降碗溫，傅所以涉只考股慮誤炒差為狂正情標況。其把知6紅攝氏較度冶分為眾7個魚檔，真即：護{雨正很凍小，敏正小纏，瘦正中糟小拔，邀正中浮，減正中旅大巷，倚正大肆，遲正很具大夢}鼻，記褲為揭E=快{糟PV疤S腎,戲PS需，劇PM命S,浙P依M斥，散PM春B爽，竿PB拘，欄PV游B虎}崖7核檔，翠E的質(zhì)論域蠅為{艙0,燙+聽1,升+校2,呀+悄3,住+4舟,+飛5,顆+6慌}鴨。同冰理：怪誤差脆變化桃率粒分成伐7座檔，仰即：雨{教負大畢，負裳中，驕負小智，兵零柴，正此小，戚正中釘，正秤大}趁的模勉糊子考集為泉：籮E增C糟=無{N叛B,貴N驕M,駱N輪S,胡Z屯O緒,燥PS敞,伏PM穩(wěn),態(tài)PB夠}襪，返量化毛EC謝的論晚域為睬{-粘3,送-爺2,康-港1,趣0蛙,踏+1愧,肆+2聰,盡+3夏},車輸出惡變量摩U葵也士分為非7個選檔，身即：反{緞?wù)芸恍】?，改正撈小我，芬正中洋小占，蒼正張中嚼，攔正劍中大圖，攜正迷大那，蒸正很福大僵}堪，記掀為辱U=盯{西PV扁S親,方PS葉，乳PM胞S,攤回P杜M龜，像P僻MB慶，榴P省B挪，皇P產(chǎn)VB忠}婚7價檔，芒U鐘的論渴域為電{0癢,三+1吉,迅+2申,娘+3往,+役4,淘+5肌,+票6}戴。恥量化沿因子宴分別敢為，鈔則皺Ke搏=著1鈴，魄Ke蒸c=支1伍，疏K固u潮=盆0.路1符。拋誤差手隸屬悄度、紫誤差眾的變秩化率脊隸屬酬度和掃控制挨量隸埋屬度它分別葛如表倆2、賄表3轉(zhuǎn)和表恨4所撥示班表峽2鹿誤倆差博隸屬亮度倆徒踐E器變量忘0鉤1中2神3迷4贈5舊6肥P抵VB雜0.吼4疾0.訊7岡1秘P灘B踢0.卵4出0.盞7觸1師0.扮7延PM桂B(yǎng)師0.澆4所0.蛾7劫1謀0.邊7混PM斧0.欲4芹0.蒙7箭1笛0.桃7濱PM洗S掘0.胃4乘0.恨7甜1側(cè)0.賠7火PS遍0.別7戶1號0.膚7壟PV未S茶1顫0.肢7魯表彩3福誤差止的變毒化率壁隸屬憶度如?濕E嫩變量份-3死-2誠-1嶺0境1消2仇3朋PB佳0.紙1挨0.魂4斷0.燥8仍1.故0誦PM杰0.焦2招0.盾7狂1.餐0咐0.副2旁PS餃0.攏5挽1.斯0錦0.翅5茅ZR武0.鎮(zhèn)5托1.晝0喝0.男5豈NS袖0.英7省0.寨8鍋1.約0抵0.白5觸NM慌0.注8復(fù)1.冰0笑0.檢7酬0.興5偷NB岔1.大0首0.杯8庸0.秤4潮0.葵1良表亮4才控喬制變巡量隸蓬屬度限牙里U慎變量需0遲1也2湯3朵4家5瓦6秒PV喂B眉0.除4健0.攀7圖1望PB脹0.怖4廁0.疾7耳1單0.教7洪PM助B黑0.筋4紀0.為7著1統(tǒng)0.豆7允PM贏0.煎4洲0.鉤7延1差0.雞7竹PM暴S花0.示4袋0.繭7事1噸0.殿7耀PS惡0.物7圓1尾0.控7跡PV搶S引1供0.賤7榜4.冷3包形成漏模糊絞規(guī)則快表輕系統(tǒng)宏的溫陵度達伴到穩(wěn)魔定，那要經(jīng)弟過振炎蕩，拋超調(diào)鞏，回保調(diào)，柄反復(fù)概調(diào)試格，才婦能做賓到。勻溫度刺達到館穩(wěn)定洞的過螞度過初程，鍬可以刻分為布四個姜階段謠，如稈圖資4酷：鍬圖蠶4傍系統(tǒng)攻溫度諒響應(yīng)挨曲線敵0-專階段黃：者>0鐮倆<0橡擠表示蝕的物商理意炭義是聞：系餅統(tǒng)溫槐度未滾達到童給定留溫度腳，系剩統(tǒng)正類在升煙溫，只相差醫(yī)大時爽，占掌空比棒應(yīng)較旁大，軋相差衡小時仙，占貍空比殘減小賓甚至屈為0陶，考徑慮系炸統(tǒng)的喂滯后敘，應(yīng)鎮(zhèn)提前誓停止軌加熱掠。鞏-洪階段換：廉<0燃軌<0靜鵝表示蝦的物輔理意合義是敬：系嶼統(tǒng)溫肺度超卸過到暈給定探溫度碰，系扎統(tǒng)正經(jīng)在升五溫，侵超調(diào)卸，停媽止加仆熱，喊占空板比為喜0。贏-朱階段扯：頃<0素蹤>0誓欠表示借的物保理意甲義是慌：系放統(tǒng)溫枕度超細過到掏給定廣溫度宅，系置統(tǒng)正是在降批溫，川超調(diào)是，停雁止加團熱。案-謙階段?。禾?gt;0童顛>0且岸表示竟的物乎理意灰義是異：系缺統(tǒng)溫過度未啞達到藍給定險溫度瓶，系嗓統(tǒng)正爬在降蝶溫，艙應(yīng)該吊加熱箏，相階差大蒸時占喂空比襖大。啊根據(jù)拼模糊苗變量筆的賦選值表漿、模伍糊變申量日的賦屬值表楚、輸疲出變筒量沾u益的賦賤值表耗和對免系統(tǒng)似物理屠意義拘的分喜析，酸為負崇值的凱時候蛾，表階示的嚷物理謙意義束是正液處于紹升溫鞠的過窩程中戲；備為正濱值的南時候速，表池示的卻物理錯意義妥是正賊處于梢降溫飼的過之程中孔；辯為零疑的時怒候，演表示纖的物礎(chǔ)理意柿義是銷的溫愉度沒李有變本化。葉這樣番可以乳根據(jù)稼系統(tǒng)際當時草的溫勇度與切給定善溫度殘的差爹值（定）和扛系統(tǒng)壇正處和于升轉(zhuǎn)、降森溫狀換態(tài)（?。﹣砣龃_定貫此時蝴此刻鄉(xiāng)輸出金多大鎖的占恒空比陽?？乇拗茮Q飛策表誼的規(guī)誰律不馬難得擔出逝.跑如表勇5所損示另表拐5設(shè)模揭糊控賊制規(guī)倚則表痛賄垂E遼?E辮PV私S矩PS逢P(guān)M犯S路PM財PM羽B(yǎng)旦PB服PV邊B薯PB爭PV倍S筑PV輩S煌PV冒S銹PS拍PM戒S涂PM侄PM蝶B斃PM劈PV揪S陷PV蟻S精PS輪PM偉S坡PM慰PM飄B磚PB芹PS刪PV助S刮PS發(fā)PM暑S侵PM君PM怎B其PB礦PV慮B返ZR慈PV屑S點PS倘PM跌S暫PM牙PM哭B矛PB獻PV鬼B障NS蓮PV盤S蝶PM光S仁PM旅PM約PM調(diào)B擇PB桿PV校B艙NM憐PV封S巡PM則PM軋PM輕B余PB愛PV負B虧PV拒B毛NB屋PV探