基于單片機(jī)的模糊PID溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告.doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告信電系工業(yè)電氣自動(dòng)化專業(yè)03級(jí)1班課題名稱：基于單片機(jī)的模糊PID溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)起止時(shí)間：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：報(bào)告日期：信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（開(kāi)題報(bào)告）1一、本課題所涉及的問(wèn)題在國(guó)內(nèi)(外)的研究現(xiàn)狀綜述（模糊控制）1、模糊控制國(guó)內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)國(guó)外最早取得應(yīng)用成果的是1974年英國(guó)倫敦大學(xué)教授E.H.Mamdani，首先利用模糊控制語(yǔ)句組的模糊控制器，應(yīng)用于鍋爐和氣輪機(jī)的運(yùn)行控制，在實(shí)驗(yàn)室獲得成功，標(biāo)志著模糊控制的誕生。隨后，1975年，英國(guó)的P.J.King和E.H.Mamdani將模糊控制系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)發(fā)酵過(guò)程的溫度控制中；1979年，英國(guó)的I.J.Procyk和E.H.Mamdani研究了一種自組織的模糊控制器，它在控制過(guò)程中不斷修改和調(diào)整控制規(guī)則，使得控制系統(tǒng)的性能不斷完善；1983年，日本學(xué)者M(jìn).Sugeno和Kurakani將基于語(yǔ)言真值推理的模糊邏輯控制器，應(yīng)用于汽車速度的控制，并且取得成功。模糊控制技術(shù)與傳統(tǒng)PID技術(shù)相結(jié)合的研究國(guó)外也取得了許多成果。Tang通過(guò)對(duì)常規(guī)模糊控制器機(jī)理的分析，最早提出了一般模糊控制器和PI控制器的相似性；Abdelnon:從PID控制角度，提出了Fuzzy-PI,Fuzzy-PD和Fuzzy-PID三種形式的模糊控制器，隨后各種模糊PID控制器都證明是非線性PID控制器，Ying最先提出模糊PID控制器的解析結(jié)構(gòu)，證明了各類Mamdani模糊控制器是可變?cè)鲆娴姆蔷€性PI控制器，Ying和劉向杰等還采用各種方式得出了模糊控制器的量化因子和比例因子同PID控制器的Kp,Ki和Kd的之間的關(guān)系李洪兵分析了模糊控制器與PID控制器之間的關(guān)系，提出了SISO模糊控制器是分段P調(diào)節(jié)器，DISO模糊控制器是具有P與D(或P與I)交互影響的分片PD(或PI)調(diào)節(jié)器，三輸入單輸出模糊控制器是具有P、I、D之間交互影響的分片PID調(diào)節(jié)器?？傊鞣N研究表明，模糊控制器是非線性PI、PD或PID控制器，普通PI,PD或PID控制器在三維或四維空間中是一個(gè)通過(guò)原點(diǎn)的超平面，具有線性調(diào)節(jié)特性，而模糊控制器在相應(yīng)的空間則是一個(gè)過(guò)原點(diǎn)的分片二次或三次曲面，具有逼近非線性調(diào)節(jié)規(guī)律，因此，其整體控制效果好于PI,PD或PID控制器。我國(guó)模糊控制理論及其應(yīng)用方面的研究工作是從1979年開(kāi)始的，大多數(shù)是在著名的高等院校和研究所中進(jìn)行理論研究，如對(duì)模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、模糊推理算法、自學(xué)習(xí)或自組織模糊控制器，以及模糊控制穩(wěn)定性等的研究，而其成果應(yīng)用集中于工業(yè)爐窯方面，如火爐等。80年代末期開(kāi)始研究模糊控制器與PID控制器的關(guān)系；1985年徐承偉就指出了模糊控制器輸出與被控對(duì)象之間存在著積分作用；1987年胡家耀在此基礎(chǔ)上提出了Fuzzy-PI調(diào)節(jié)信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（開(kāi)題報(bào)告）2器，并用于退火爐燃燒過(guò)程中；1988年，河北廊紡市工具廠李利民、王金奎研制的高溫鹽浴爐微機(jī)控制系統(tǒng)以磁性調(diào)壓器作為執(zhí)行元件，采用MPID調(diào)節(jié)方式，當(dāng)爐溫在11001300范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，誤差小于土20；1989年，武漢鋁廠鄭恭恒、沈協(xié)和用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)爐溫控制，采用Bang-Bang和PID相結(jié)合的控制算法，達(dá)到了升溫速度快，超調(diào)量小的控溫效果；1997年，吉林工業(yè)大學(xué)呂俊偉、王文成、黃海東研制的模糊一PI一開(kāi)關(guān)混合控制器用于滲炭爐溫度控制系統(tǒng)，縮短了升溫時(shí)間，大大提高了控制精度，最大超調(diào)量小于1。2、模糊控制的發(fā)展趨勢(shì)當(dāng)代模糊控制技術(shù)己經(jīng)進(jìn)入新的發(fā)展階段。1984年美國(guó)推出“模糊決策支持系統(tǒng)”；日本則進(jìn)入模糊控制實(shí)用化時(shí)期：(1)過(guò)去將大型機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程作為對(duì)象，而目前已經(jīng)面向大眾，如電視攝像機(jī)自動(dòng)調(diào)焦等家用電氣設(shè)備。(2)向復(fù)雜系統(tǒng)、智能系統(tǒng)、人類與社會(huì)系統(tǒng)以及自然系統(tǒng)等方向擴(kuò)展。(3)在硬件方面進(jìn)一步研制模糊控制器、模糊推理等專用芯片，并且開(kāi)發(fā)“模糊控制用的通用系統(tǒng)”。模糊控制技術(shù)發(fā)展至今，仍然存在以下主要問(wèn)題:(1)模糊控制在非線性復(fù)雜系統(tǒng)應(yīng)用中的模糊建模、模糊規(guī)則的建立和模糊推理算法的深入研究。(2)由于復(fù)雜模糊規(guī)則的相互作用，使得到的合成推理算法具有相當(dāng)程度的非線性性能，致使模糊控制效果不夠理想。(3)模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性理論探討。(4)自學(xué)習(xí)模糊控制策略和智能化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)。(5)簡(jiǎn)單、適用且具有模糊推理功能的模糊集成芯片和模糊控制裝置、通用模糊控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用。今后控制理論面臨的突出問(wèn)題是既要繼續(xù)發(fā)展自身的理論，又要在應(yīng)用方面留下實(shí)實(shí)在在的成果。模糊控制模糊專家系統(tǒng)模糊控制工程將是構(gòu)成未來(lái)系統(tǒng)的重要途徑。信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（開(kāi)題報(bào)告）3二、設(shè)計(jì)(論文)要解決的問(wèn)題和擬采用的研究方法本設(shè)計(jì)的主要解決的問(wèn)題是通過(guò)單片機(jī)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的智能控制。具體設(shè)計(jì)方案如下：采用溫度傳感器完成對(duì)溫度的數(shù)據(jù)采集，并把溫度值轉(zhuǎn)換為電壓值，經(jīng)過(guò)放大、A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進(jìn)入單片機(jī)控制系統(tǒng)，與單片機(jī)中預(yù)置的參量進(jìn)行比較后，得到誤差量，并與上一次采集的誤差量進(jìn)行比較，得到誤差的變化量，把誤差量和誤差的變化量作為模糊PID控制器的輸入，經(jīng)過(guò)軟件進(jìn)行處理，輸出控制量，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換后控制驅(qū)動(dòng)電路，得到加在電爐上的平均電壓。從而控制電爐的溫度，實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使得溫度穩(wěn)定在設(shè)定值附近。解決問(wèn)題過(guò)程中我們引路了模糊控制的概念?；仡櫫四：刂评碚摰陌l(fā)展歷史，指明了模糊控制在自動(dòng)化控制領(lǐng)域的重要地位和作用；介紹模糊控制在國(guó)外的應(yīng)用情況及國(guó)內(nèi)模糊控制技術(shù)與PID控制技術(shù)在爐溫控制系統(tǒng)中的成功應(yīng)用；闡述模糊控制在應(yīng)用中存在的問(wèn)題及今后的發(fā)展趨勢(shì)；提出了電爐模糊PID溫度控制系統(tǒng)的研究目標(biāo)。著重闡述溫度控制系統(tǒng)的工作原理。在分析傳統(tǒng)數(shù)字PID控制和模糊控制策略的基礎(chǔ)上，結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，提出模糊控制與PID控制相結(jié)合的控制策略。下面簡(jiǎn)單介紹模糊控制和PID控制的原理及特點(diǎn)：1、模糊控制理論概述傳統(tǒng)的自動(dòng)控制，包括經(jīng)典理論和現(xiàn)代控制理論都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即控制器的綜合設(shè)計(jì)都要建立在被控對(duì)象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型(如微分方程，傳遞函數(shù)或狀態(tài)方程)的基礎(chǔ)上。但是在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，建立精確的數(shù)學(xué)模型特別困難，甚至是不可能的。特別是對(duì)于具有非線性、時(shí)變、純滯后等特點(diǎn)的溫度控制系統(tǒng)，常規(guī)PID控制器不能適應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)變化，達(dá)不到較好的動(dòng)態(tài)控制性能。這種情況下，模糊控制的誕生就顯得意義重大。2、模糊控制理論模糊數(shù)學(xué)和模糊控制的概念是由美國(guó)加利福尼亞大學(xué)著名教授查德(L.A.Zadeh)在他的FuzzySets,FuzzyAlgorithm和ARetionnaleforFu