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1、基于单片机的加热炉温度模糊控制系统caojing导语：介绍了以单片机8098为核心，以加热炉为控制对象的智能模糊控制系统，深化研究了规那么自寻优的模糊控制算法，仿真结果说明该系统控制效果好，稳态精度高，超调量小。摘要：介绍了以单片机8098为核心，以加热炉为控制对象的智能模糊控制系统，深化研究了规那么自寻优的模糊控制算法，仿真结果说明该系统控制效果好，稳态精度高，超调量小。关键词：加热炉；模糊控制；单片机；仿真加热炉在冶金、化工等工业消费经过中广泛地使用，加热炉的温度是消费工艺的一项重要指标，温度控制的好坏将直接影响产品的质量。热处理加热炉是一种能改善金属材料及其制品如机器零件、工具等性能的工
2、艺。根据不同的要求，将材料及其制品加热到适宜的温度并保温，随后用不同方法冷却，改变其内部组织以获得所要求的性能。热处理是进步金属材料及其制品质量的重要手段之一。热处理加热炉具有大惯性、纯滞后等非线性和时变的特点，开关炉门、加热材料、环境温度和电网电压等都影响控制经过，基于准确数学模型的常规控制例如PID控制难以保证加热工艺曲线要求。作为非线性控制的一大分支，模糊控制在上述温度控制系统中可以得到较好的应用。模糊控制是智能控制的分支之一，他具有以下特点：1是一种非线性控制方法，工作范围宽，适用范围广，十分合适于非线性系统的控制。2不依赖于对象的数学模型，对无法建模或者很难建模的复杂对象，可以利用人
3、的经历知识来设计模糊控制器，进而完成控制任务，而传统的控制方法都要已知被控对象的数学模型才能设计控制器。3他具有内在的并行处理机制，表现出极强的鲁棒性，对被控对象的特性变化不敏感。模糊控制器的设计参数容易选择调整；算法简单、执行快、容易实现，不需要很多的控制理论知识。2模糊控制器的设计本控制系统主要完成数据收集、温度显示、炉温控制、故障检测和报警等功能，智能模糊控制器由单片机完成，采用规那么自寻优的控制算法进展经过控制。加热炉采用双向可控硅控制，由单片机输出通断率控制信号，产生可控硅的过零触发脉冲。整个系统的核心是模糊控制器，8098单片机是控制器的主体。他与假设干扩展电路程序存储器、数据存储
4、器、地址锁存器、地址译码器等构成处理器模块。测温热电偶输出的mV信号经变送器芯片转换成010V的标准信号，再将此信号经A/D转换之后送入单片机，单片机根据输入的各种命令，通过模糊控制算法计算控制量，输出脉冲触发信号，通过过零触发电路驱动双向可控硅，进而控制热处理加热炉。此外,智能控制器还包括硬件看门狗电路故障检测电路、数码显示电路和电源等。智能模糊控制器的硬件框图如图1所示。模糊控制器的主程序包括初始化、键盘管理及控制模块和显示模块的调用。温度信号的收集、数字滤波、标度变换、控制算法和温度显示等功能的实现由各子程序完成。软件的主要流程是：利用8098单片机的定时器T0和软件计数产生采样周期，周
5、期到，程序那么转入控制模块，调用A/D转换、数字滤涉及标度转换模块得到炉温的反应信号，根据偏向和偏向的变化率计算控制量，输出脉冲信号控制过零触发器。启动、停顿和给定值通过键盘利用外部中断产生，有按键输入时那么调用中断效劳程序。程序流程如图2所示。3模糊控制算法的研究本系统的对象热处理加热炉是一种具有纯滞后的大惯性系统，用基于准确数学模型的常规控制难以保证加热工艺曲线要求。为此，选用模糊控制算法中的规那么自寻优算法。算法的根本原理采用解析表达式描绘的控制规那么，简单方便，易于处理。二维控制规那么自寻优算法可以用解析表达式概括：其中，E，C，U为经过量化和模糊化的模糊变量，相应的论域分别为误差、误
6、差变化率及控制量；a为调整因子。由式1描绘的控制规那么可看出，控制作用取决于误差及误差变化率，且通过调整a的大小，可以改变对误差和误差变化的不同加权程度，a值一旦确定,在整个控制经过中就不再改变。但在实际系统中，系统在不同的状态下，对控制规那么中误差E与误差C的加权程度有不同的要求。如误差较大时,控制系统的主要任务是消除误差,此时对误差的加权应该大些；当误差小时，控制系统的主要任务是使系统尽快稳定，减小超调，此时要求在控制规那么中误差变化率的加权大些。为了得到好的控制性能，就要求a值在控制经过中可调整，即控制规那么可在控制经过中在线修正。式2采用优化设计方法对a进展在线修正。该系统的控制原理如图3所示。4性能分析本系统在仿真运行后，系统工作稳定，操作方便，各项指标都到达了设计要求，图4是某加热炉的温度曲线。从图中可以看出，曲线的跟踪性能好，稳态精度高，超调小。本文系统介绍了用单片机实现的热处理加热炉温度控制系统，由于控制对象是一种具有纯滞后的大惯性环节，采用智能模糊控制器可以到达理想的控制效果。经实验运行结果说明，本系统具有以下特点：1控制方案合理、稳态精度高、超调小。2构造简单、调试方便、抗干扰性强、鲁棒性好。0