基于单片机的模糊pid温度控制系统设计开题报告

基于单片机的模糊pid温度控制系统设计开题报告内容摘要：

控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用 PID 控制技术最为方便。 即当我们不完全了解一个系统和被控对象 ﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。 PID 控制，实际中也有 PI和 PD 控制。 PID 控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 1）比例（ P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。 其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。 当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（ Steadystate error）。 信息与电子工程系毕业设计（开题报告） 6 2）积分（ I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。 对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这 个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（ System with Steadystate Error）。 为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。 积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。 这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。 因此，比例 +积分 (PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 3）微分（ D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克 服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。 其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后 (delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。 解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。 这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例 +微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。 所以对有较大惯性或滞后的 被控对象，比例 +微分 (PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 信息与电子工程系毕业设计（开题报告） 7 三．本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路 本课题需要重点研究的、关键的问题是模糊控制器的基本原理及特点 和 单片机温度控制系统组成： 模糊控制器的基本原理 模糊控制是以模糊集合论，模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的计算机智能控制，其基本概念是由美国加利福尼亚大学著名教授查德 ()首先提出的，经过近年的发展，模糊控制在模糊控制理论和应用研究方面均取得重大成功。 模糊控制的基本原理框图如下 : 图 中的核心部分为模糊控制器，模糊控制器的控制规律由计算机的程序实现。 实现一维模糊控制算法的过程描述如下 :微机采样获取被控制量的精确值，然后将此量与给定值比较得到误差 e，一般选误差信号 e 作为模糊控制器的一个输入量。 把误差信号 e 的精确量进行模糊化变成模糊量。 误差 e 的模糊量可用相应的模糊语言表示，得到误差 e的模糊语言的一个子集 e(e 是一个模糊量 )，再由 e 和模糊控制规则且 (模糊算子 )根据推理的合成规则进行模糊决策，得到模糊控制量 u。 u= 为了对被控对象进行 R 精确的控制，还需要将模糊控制量 u 转化为精确量。 这一步在图 中称为去模糊化处理 (亦称非模糊化处理 )。 得到了精确的数字控制量后，经数模转换变为精确的模拟量送给执行机构，对被控对象进行控制。 然后，等待第二次采样，进行第二步控制„„。 如此循环下去，就实现了被控制对象的模糊控制。 信息与电子工程系毕业设计（开题报告） 8 模糊控制的特点 模糊控制具有的突出特点包括 : (1)模糊控制是一种基于规则的控制，它直接采用语言型控制规则，出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不 需要建立被控对象的精确的数学模型，因而使得控制机理和策略易于接受与理解，设计简单，便于应用。 (2)由工业过程的定性出发，比较容易建立语言控制规则，因而模糊控制对那些数学模型难以获取，动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。 (3)模糊控制是基于启发性的知识语言，这有利于模拟人工控制的过程和方法，增强控制系统的适用能力，使之具有一定的智力水平。 (4)模糊控制的鲁棒性强，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。 单片机温度控制系统组成 在温度控制中，用单片机取代常规控制主要是用 单片机代替控制仪表，用数字给定工艺参数，其一般组成如图下图所示。 单片机温度控制系统的组成 火炉的温度经温度传感器转换成 mv级电信号，经放大电路变换成 0～ 5 V 的电压信号，通过多路开关送到 A/D转换器变换成数字量送单片机。 单片机首先对它进行标度变换，得支它所示、表示的温度值。 然后根据给定工艺参数和温度反馈值，按预定控制算法进行调节运算，确定输出控制量。 控制量由 D/A 转换成模拟电压，经功率放大后驱动执行机构控制火炉的进气量，使炉子的温度按规定的 工艺曲线变化。 信息与电子工程系毕业设计（开题报告） 9 四、完成本课题所必须的工作条件 (如工具书、实验设备或实验环境条件、某类市场调研、计算机辅助设计条件等等 )及解决的办法 本课。