内容发布更新时间 : 2024/11/19 2:48:00星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

基于单片机的电阻炉温度控制系统

1 引言

PID控制是应用最广泛的基本控制方式。但PID参数的整定一般根据经验丰富的工程技术人员的实际经验来完成，精确性很差，而且实际系统的是各不相同的，滞后以及非线性等因素，使PID参数的整定难以准确实现，许多PID控制器因此不能很好的工作，导致系统无法工作在令人满意的状态，为此提出了自整定PID控制器。

模糊控制是一种基于语言规则与模糊推理的智能控制，它模仿人类带有模糊性的控制行为，将操作人员自然语言式经验总结成控制规则，并基于这些规则，进行模糊推理等过程，生成控制量。但是模糊控制对输入变量的处理是离散的，且没有积分环节，控制精度不如PID控制，而将模糊控制与常规PID控制相结合，利用模糊推理判断思想，根据不同的e和ec对PID的参数KP、KI、KD进行在线自整定，就可以兼顾两者优点，这就是基于模糊推理的自整定PID控制器。

2 模糊自整定PID控制器的硬件结构

模糊自整定PID控制器硬件电路原理框图如图1所示:

图1 控制器系统硬件电路原理框图

图1中AT89C52为主控制器件，AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能COMS 8位单片机，片内含有8K bytes的可反复檫写的只读程序存储器(PEROM)和256bytes的随机存取器(RAM)。本系统扩展64K的数据存储器RAM6264，选用并行接口电路8155A芯片扩展键显，A/D转换器0809以及MAX232实现RS-232C标准接口通信电路，同时为了防止程序跑飞，加设了看门狗电路。

本系统的主要工作过程是单片机定时采集从温度传感器传来的电压信号，经过数据处理，显示温度值并将温度值送入上位机，单片机对计算值进行模糊推理，得出控制值，由单片机向执行机构发送控制信号。 3 模糊自整定PID控制原理

模糊自整定PID是在常规PID算法的基础上，通过计算当前系统偏差e和偏差变化率ec，利用模糊规则进行模糊推理，进行在线自整定参数KP、KI、KD，其结构如图2所示:

图2 自整定PID控制器系统框图

选择偏差的绝对值及偏差变化绝对值的语言变量 和 作为输入语言变量，由于考虑到本系统的控制精度，选择 和 的模糊集为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}。输出语言变量为KP、KI、KD，它们的模糊集为{ZO，PS，PM，PB}，调整PID参数的控制规则可以从不同的角度来确定，通过多次实验并根据现场工程技术人员的经验，得到PID参数的控制规则如下: (1) 如果系统温度上升过慢，增大KP;

(2) 如果系统温度上升太快且很难到达稳定值，增大KI; (3) 如果在稳定时系统温度输出有波动，适当增大KD;

(4) 如果系统输出对干扰信号反应敏感，适当减小 等等;根据以上规则和实践操作经验，可以归纳出在不同的偏差及偏差变化率，被控参数KP、KI、KD的自整定要求，从而可以根据某一采样时刻测量的偏差和偏差变化率的值来计算此时的参数KP、KI、KD

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