单片机温度试验箱的智能控制系统设计+电路图+程序(2)

菜单

3.5 模糊PID控制算法设计 22

3.5.1 模糊PID算法流程 22

3.5.2 比例、积分、微分环节参数调整规则 22

3.5.3 输出量的去模糊化 24

4 系统测试及结果分析 25

4.1 PID测试过程 25

4.2 模糊PID测试过程 27

结论 29

参考文献 31

附录A 功能板与显示板PCB图 32

附录B 组态王源程序 33

1 引言

1.1 课题研究背景及意义

温度试验箱是工农业生产中常用的加热设备，其在农业、纺织、冶金、机械等行业有着十分普遍的应用。目前，在温度控制技术这一领域内，美国、德国、日本和瑞典等国家处于世界的前端地位，且均设计研发出了一些稳定性高、温控性能优越的温度控制器及仪器仪表，并广泛地应用于各个行业。相对于国外，国内的温度控制器使用已经十分广泛，但是国内生产的温度试验箱总体水平不高，对于一些要求误差小、精准度高等条件则不适用[1]。

传统的温度试验箱采用的大多为位式调节，接触器输出断续信号以调节温度，它们的控制精度低、温度波动范围大，易造成测试实验数据不准确。而常规型PID控制的温度试验箱，其稳定性在一定范围内有大幅提高，但是系统的动态品质差，易产生超调，使得控制效果很不理想[2]。模糊控制是一种基于规则的智能控制，利用这些控制规律间的模糊连接，容易找到折中的选择，使控制效果优于常规PID控制器，它能增强系统的适应能力。并模糊控制系统的有较强的鲁棒性，因此会很大程度上减弱干扰和参数变化对控制效果产生的影响，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。但是模糊控制系统的稳态精度不高，模糊规则不宜提取[3]。

模糊PID控制是一门新兴的理论和技术，它吸收了模糊控制和PID控制的优点，是控制发展的高级阶段，旨在应用计算机模拟人类智能实现自动控制。它在运行过程中不断检测偏差e与偏差的变化ec之间的模糊关系，通过事先确定的规则，利用模糊推理的方法，在线整定PID的三个控制参数：Kp、Ki、Kd，让PID参数实现自整定。首先，它具由自学习、自适应、自组织的特性，能辨识被控参数，自整定控制参数，并且能够在被控过程参数的变化的过程中实现自调整；其次，它还具有常规型PID控制器的结构简单可靠、鲁棒性强、多被现场的工程设计人员所熟悉等优点。研究模糊PID控制，实现PID参数的自整定，有利于减小系统的非线性，使之更加稳定[4]。由模糊PID控制器智能控制的试验箱可以因能使PID参数实现在线整定，使输出温度的偏差值大大减小，并且达到目标温度的时间也大幅缩减。这样能较好地实现温度试验箱的智能控制，为工农业生产生活提供了很大的便利[5]。

1.2 设计内容

本系统主要是针对目前温度试验箱的温度控制偏差大、达到目标温度所需时间长等一系列问题做出的改善。为此，完成了传感器类型的选择、通讯模块等软硬件以及模糊PID的控制算法的设计及程序调试，使系统能够达到总体设计指标要求，做到对控制系统的实时和精确控制。由于本毕设是基于热电偶测温的由控制算法改变温度试验箱的功率以达到调节温度的目的，因此，第一步的工作是绘制电路图，包括热电偶测温、温度采集电路；第二步，编写PC软件程序，包括编写PID控制算法程序、模糊PID控制算法程序。