基于单片机的模糊PID温度控制系统设计原理图cad+2.4万字说明书+开题报告+外文翻译

目录

第1章绪论1
1.1引言1
1.2控制器发展现状1
1.2.1 PID控制器的发展现状1
1.2.2模糊PID控制2
1.2.3模糊自整定PID控制2
1.3电炉采用模糊自整定PID控制的可行性2
第2章模糊自整定PID控制器的设计4
2.1模糊推理机的设计4
2.1.1模糊推理机的结构4
2.1.2模糊推理机的设计4
2.1.2.1精确量的模糊化5
2.1.2.2建立模糊控制规则和模糊关系5
2.1.2.3输出信息的模糊决策6
2.2模糊自整定PID控制器6
2.2.1 PID参数对PID控制性能的影响6
2.2.2模糊自整定PID控制器7
2.3模糊自整定PID控制器性能的研究8
2.3.1 Matlab仿真结构图8
2.3.2惯性时间常数的影响9
2.4仿真结果分析10
第3章系统硬件和电路设计11
3.1引言11
3.2系统的总体结构11
3.3温度检测电路12
3.3.1温度传感器12
3.3.2测量放大器的组成12
3.3.3热电偶冷端温度补偿方法13
3.4多路开关的选择13
3.5 A/D转换器的选择及连接14
3.6单片机系统的扩展15
3.6.1系统扩展概述15
3.6.2常用扩展器件简介16
3.7存储器的扩展17
3.7.1程序存储器的扩展17
3.7.1.1只读存储器简介17
3.7.1.2 EPROM2764简介17
3.7.2数据存储器的扩展18
3.7.2.1数据存储器概述18
3.7.2.2静态RAM6264简介19
3.7.2.3数据存储器扩展举例19
3.8单片机I/O口的扩展（8155扩展芯片） 20
3.8.1 8155的结构和引脚20
3.8.2 8155的控制字的及其工作方式21
3.8.3 8155与8031的连接22
3.9看门狗、报警、复位和时钟电路的设计23
3.9.1看门狗电路的设计23
3.9.2报警电路的设计23
3.9.3复位电路的设计24
3.9.4时钟电路的设计25
3.10键盘与显示电路的设计25
3.10.1 LED数码显示器的接口电路25
3.10.2键盘接口电路26
3.11 DAC7521数模转换接口27
3.12隔离放大器的设计28
3.13可控硅调功控温29
3.13.1过零触发调功器的组成29
3.13.2主要电路介绍30
3.14单片机开关稳压电源设计31
第4章系统软件设计32
4.1主要程序的框图32
4.1.1主程序框图32
4.1.2键盘中断服务子程序33
4.1.3恒温及升温测控子程序34
4.1.4降温测控子程序35
4.2模糊自整定PID控制算法36
致谢39
参考文献40
附录42

1.2控制器发展现状

1.2.1 PID控制器的发展现状
在过去的50年，调节PID控制器参数的方法获得了极大的发展。其中有利用开环阶跃响应信息，如Coon-Cohen响应曲线法；还有使用Nyquist曲线法的，如Ziegler-Nichols连续响应法。然而这些调节方法只识别了系统动态信息的一小部分，不能理想的调节参数。随着计算机技术的发展，人们利用人工智能的方法将操作人员的调整经验作为知识存入计算机中，根据现场实际情况，计算机能自动调整PID参数。这样能实现自动调整、短的整定时间、简便的操作，改善响应特性而推动了自整定PID控制技术的发展。
自整定技术可追溯到50年代自适应控制处于萌芽时期，60年代国外有人设计了一种自动调节式的过程控制器，因其价格高、体积大、可靠性差而未能商品化。80年代由于适用的控制理论的完善以及高性能微机的使用，才使得自整定控制器得以开发，PID控制器参数的自动整定技术设想已慢慢实现。
电炉温度控制技术发展日新月异，从模拟PID、数字PID到最优控制、自适应控制，再发展到智能控制，每一步都使控制的性能得到了改善。在现有的电加热炉温度控制方案中，PID控制和模糊控制应用最多，也最具代表性。

1.2.2模糊PID控制
模糊控制的概念是由美国加利福尼亚大学著名教授L.A.Zaden首先提出的，经过20多年的发展，模糊控制取得了瞩目的成就。模糊控制适用于非线性、数学模型不确定的控制对象，对被控对象的时滞非线性和时变性具有一定的适应能力，同时对噪声也有较强的抑制作用，即鲁棒性较好。但模糊控制器本身消除系统稳态误差的性能比较差，难以达到较高的控制精度。而PID控制正好可以弥补其不足，近年来已有不少将模糊技术与传统技术结合起来设计模糊逻辑控制的先例。在文献中介绍了多种能提高PID控制精度的模糊PID混合控制方案，例如：引入积分因子的模糊PID控制器；混合型模糊PID控制器；另外将其与其它先进控制技术结合又有模糊自适应PID控制、神经网络模糊PID控制等。[6]

1.2.3模糊自整定PID控制
模糊自整定PID控制是在一般PID控制系统的基础，加上一个模糊控制规则环节，利用模糊控制规则在线对PID参数进行修改的一种自适应控制系统。它以误差e和误差变化ec作为输入，可以满足不同时刻的e和ec对参数自整定的要求。它将模糊控制和PID控制器两者结合起来，扬长避短，既具有模糊控制灵活而适应性强，调节速度快的优点，又具有PID控制无静差、稳定性好、精度高的特点，对复杂控制系统和高精度伺服系统具有良好的控制效果。