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1、基于单片机的模糊温度控制器的设计摘要 模糊控制是以模糊集合理论为基础的一种新兴的控制手段，它是模糊系统理论和模糊技术与自动控制技术相结合的产物，是一种更为智能和节能的控制方式。本设计为模糊恒温控制器,传感器采集到环境温度后与设定温度比较，得到模糊控制所需的两个输入量。设计中对两个输入量模糊量化，并确定其隶属函数，建立模糊控制表，经单片机编程处理后得出结果，通过继电器控制加热器进行加热。最后达到的效果是使环境温度较稳定的保持恒定。该系统的应用表明,该控制精度对储层设计技术具有可靠稳定性，它已经达到更高的准确度,并能在短的工作时间确保过渡过程的温度的精确控制。首先介绍了该系统的整体构成,然后从硬件
2、和软件两方面进行介绍。在硬件部分,描述了系统的总体结构和之间的关系,并进一步讲述方式内部结构和外部特征的新编程的筹码；在软件部分,解释了模糊控制理论,又说明了该系统的应用程序；第三,从模糊控制的实现方面说明了该系统的流程图；本文最后对该系统作出一个总结：该软件设计模式可分为子模式的主要程序和在模式的合适位置对设计软件进行备份。此外,它适用于很多方面的符号选择和处理程序的应用,可消除因未预知条件的变化而产生的影响。该系统能高精度地有效控制其它的参数指标，值得推广和应用。它不仅具有其它领域那样良好功能，而且具有更低的价格成本。关键词：模糊控制 隶属函数 单片机编程 模糊控制规则AbstractFu
3、zzy control is a sort of newly arisen control way based on fuzzy sets theory. Its one result of fuzzy system theory and fuzzy technique and automatic control technique combined together. Its a sort of control way much more intelligent and saving. This design is a fuzzy controller of temperature. Com
4、paring the temperature collected transducer with the set temperature will give us two input variables. Then fuzzificate the two input variables in the design and ascertain their membership functions, afterwards, establish the fuzzy controlling graph. Next, get the result through the programming proc
5、ess by singlechip and heat by controlling the heater through controlling the relay on the basis of the result. Thus, finally we could come to the effect that the temperature could be kept constant steadily. The application of this system indicates that the precision reservoir designed on this contro
6、l technology has reliable stability. And it has attained higher accuracy, short working time in transitive course on the precision temperature control. In this thesis, I firstly introduced the whole component of this system, then the hardware and software. In the part of hardware, I depicted the rel
7、ation between the whole structure and modes, and further tells the inner structure and outer character of new programming chip. As for the part of software, I explained the theory of the fuzzy control firstly, and then showed its application in this system. Thirdly, I illustrated the flow chart of t
8、his system in which the fuzzy control is implied. At the end of this thesis I draw a conclusion about this system： The software designed on mode could be divided into sub modes in the main program. And on the suitable position of modes, was set software trap to redundancy design. In addition, it app
9、lies many ways in the program of symbol selection and processing to eliminate the effect of random shock. This system can also control others parameter quota with high accuracy. It deserves being spread and applied Furthermore, it not only has good function as the others country but also has lower p
10、rice.KEY WORDS: fuzzy control membership function singlechip programmefuzzy control rules目录摘要0绪论3第一章 模糊控制技术的发展概况41.1模糊控制技术的发展及应用概况41.2模糊控制的特点41.3模糊控制的应用6第二章 本设计的主要任务72.1 本设计的总体思路72.2 模糊控制的算法设计72.3 系统模糊化流程设计7第三章 硬件电路设计结构与工作原理103.1控制系统工作原理及硬件设计103.2 电源电路103.3 晶振与复位电路113.4 传感器电路113.5 蜂鸣器电路123.6 负载电路123
11、.7 数码管显示电路13第四章 模糊控制器和模糊数模型164.1算法设计164.1.1模糊控制器的控制规则164.1.2反映控制规则的模糊关系194.2模糊控制器194.2.1 查询表的建立194.2.2 恒温箱模糊控制器的参数设计204.3模糊数模型的建立204.4软件设计思路214.5软件流程图22第五章 系统的抗干扰措施及调试235. 1 系统的抗干扰措施235.1.1 硬件方面的抗干扰措施235.1.2 软件方面的抗干扰措施235.2 糊控制特性与传统PID控制特性的比较235.3 调试结果及结论245.4 软件编程25第六章 创新、意义及有待继续探索的问题28致谢：29参考文献30附
12、录：英文文献及翻译31绪论引言 模糊控制是以模糊集合理论为基础的一种新兴的控制手段，它是模糊系统理论和模糊技术与自动控制技术相结合的产物。自从这门科学诞生以来，它产生了许多探索性甚至是突破性的研究与应用成果，同时，这一方法也逐步成为了人们思考问题的重要方法。 我们都知道在现实生活中的一些概念是有着明确意义的，比如说“一个”，“男人”，“货币”等概念，对于这些明确的概念，在数学中常常用经典集合来表示。但是现实生活中不是每个概念都是很明确的，比如我们说“青年人”这个概念，你能在年龄轴上划两条线，表明在两条线内的就是青年人，而在其外的就截然不是青年人吗？显然这样做是不行的，因为人的生命是一个连续的过
13、程，一个人从少年走向青年是一日一日积累的，同样，一个人从青年步入中年也是一个渐变的过程，我们把这样的一类概念称之为模糊概念。模糊集合理论就是处理这些模糊概念的。将模糊集合理论运用于自动控制而形成的模糊控制理论，在近年来得到了迅速的发展，其原因在于对那些时变的非线性的复杂系统，当无法获得精确的数学模型的时候，利用具有智能的模糊控制器能给出有效的控制。例如，在炼钢，化工，人文系统，经济系统以及医学心理系统中，要得到正确而且精密的数学模型是相当困难的。对于这些系统却具有大量的以定性的形式表示的极其重要的先验信息，以及仅仅用语言规定的性能指标。同时，要求过程的操作人员是系统的基本组成部分等。所有这些都
14、是一种不精确性的，应用一般的控制理论是很难实现控制的，但是，这类系统由人来控制却往往容易做到。这是因为过程操作人员的控制方法是建立在直观的和经验的基础上，他们凭借实践积累的经验，采取适当的对策完成控制任务，于是，人们把操作人员的控制经验归纳成定性描述的一组条件语句，然后运用模糊集合理论将其定量化，使控制器得以接受人的经验，模仿人的操作策略，这样就产生了以模糊集合理论为基础的模糊控制器。模糊控制理论的提出是控制思想的一次深刻的变革，它标志着人工智能发展到了一个新的阶段。第一章 模糊控制技术的发展概况1.1模糊控制技术的发展及应用概况 自扎德1965年开创“模糊集”以来，模糊集合论及相应的模糊理论
15、有了飞跃的发展，但在模糊控制理论提出的年代，由于科学技术尤其是计算机技术发展的限制以及科技界对“模糊”含义的误解，使得模糊理论没有得到应有的发展。从1965年至80年代，在美国、欧洲、中国和日本，只有少数科学家研究模糊理论，尽管理论文章总数高达约5000篇，然而实际应用却寥寥无几。到上世纪80年代末，随着计算机技术的发展，日本科学家才成功的将模糊理论应用于工业控制和消费产品控制，在世界范围内掀起了模糊控制应用高潮。今天，模糊控制技术已经应用到相当广泛的领域中。例如，家用电器设备已成为其主攻市场，诸如智能洗衣机、微波炉、吸尘器、空调机、照相机和摄相机等。在工业闭环控制系统中有水进化处理、发酵控制
16、、化学反应堆、水泥窖炉等等。目前，各国都争先开发模糊新技术和新产品，将模糊技术作为本国技术发展的关键技术之一，日本还将模糊控制技术开发作为开发第五代计算机的日本式“革命”。模糊控制技术已成为自动控制技术领域一个重要分支。目前，模糊控制技术日趋成熟和完善，模糊芯片也已研制成功且功能不断加强，成本下降，直接采用模糊芯片开发产品已成为趋势。模糊技术除了在硬件、软件、简单模糊控制技术上发展以外，还将在自适应模糊控制、混合模糊控制以及神经模糊控制上取得较大发展。随着其它学科新理论新技术的建立和发展，模糊理论的应用变得更加广泛，模糊控制理论结合人工神经网络和遗传基因等其它学科的新兴技术形成的神经网络模糊技
17、术，可以用于解决单一技术所不能解决的问题。模糊理论在其它学科技术的推动下，正朝着更加广泛的方向发展。1.2模糊控制的特点 模糊控制理论是控制领域中非常有发展前途的一个分支，这是由于模糊控制具有许多传统控制无法比拟的优点，其主要有如下几点：(1)无需知道被控对象的数学模型使用语言方法，可不需要掌握过程的精确数学模型。对复杂的生产过程很难获取过程的精确数学模型，此语言方法却是一种很方便的近似。(2)是一种反映人类智慧思维的智能控制 对于具有一定操作经验非控制专业的操作者，模糊控制方法易于掌握。(3)易被人们所接受操作人员易于通过人的自然语言进行人机界面联系，这些模糊条件语句很容易加入到过程的控制环
18、节上。而且其适应性也较强，采用模糊控制，过程的动态响应品质优于常规的PID控制，并对过程参数的变化具有较强的适应性。另外模糊控制系统程序短，所需存储器少，一般只需要很短的程序和较短的存储器，它比采用查表法的控制系统所需的存储器少得多，比多数采用数学计算方法的控制系统所需的存储器也要少。(4)开发方便，迅速模糊控制系统可以在较短的时间内完成复杂的控制任务，而使用计算方法则需大量的数学计算工作。这样，可使用简单的8位单片机来完成可能需要32位或RISC处理机的控制功能。使用模糊逻辑控制不必要对被控对象了解的非常清楚就可以开始设计、调试系统，可先从近似的模糊子集和规则开始调试，再一步步调整参数以优化
19、系统。模糊推理过程中的各个部件在功能上是独立的，因而可以简单地修改控制系统。(5)可靠性高 常规的采用数学计算的模糊控制系统是一个有机的整体。如其中一个算子出问题，或物理系统的条件发生变化都会使数学模型不再成立，则整个控制过程将失败。但是，模糊逻辑由许多相互独立的规则组成，它的输出是有个条输出合并的结果。所以即使一条规则出问题，其他规则可经常对其进行补偿；因而，系统可能工作的不太优化，但仍能起作用。并且，即使系统的工作环境发生变化，模糊规则经常仍能保持正确。对于采用数学模型的控制系统，参数变化以后，必须重新调整计算公式。(6)性能优良 由于模糊控制系统对于外界环境的变化并不敏感，使它具有较高的
20、鲁棒性，而同时，仍能保持足够的灵敏度。以前，响应迅速、调整得好的系统，同时也对外界变化十分敏感。反过来，使一个系统不受外界变化的影响，也就意味着降低灵敏度。对于模糊逻辑，可以使一个系统既有非常高的鲁棒性，又有很高的灵敏度。1.3模糊控制的应用 鉴于模糊控制的独特优点，近年来模糊控制得到了广泛的应用。下面简单介绍一些可使用模糊控制逻辑的应用领域。1航天航空 模糊逻辑现已应用于各种导航系统，如美国的航空和宇航局（NASA）正在开发一种用于将引导航天飞机和空间站的自动系统。2工业过程控制 工业过程控制的需要是控制技术发展的主要动力，现在的许多控制理论都是为工业过程控制而发展的，因而它也是模糊控制的一
21、个主要应用场合。3家用电器 由于模糊控制逻辑能以极小的代价提高产品的性能，使它能在家用电器中得到广泛应用。4汽车和交通运输 汽车中使用了大量的单片机，其中有些已使用模糊逻辑来完成控制功能。如日本仙台的地铁使用模糊技术来控制地铁，使地铁机车启动和停车非常平稳，乘客不必抓扶手也能保持平衡。5其他模糊逻辑还广泛应用于其他控制场合，包括电梯控制器、工业机器人、核反应控制、各种医疗器械等。第二章 本设计的主要任务模糊控制技术已经越来越多的改变了我们的生活，为了更近一步的了解和研究模糊控制技术，这里我将进行一个简单模糊控制器模糊恒温控制器的设计。本文的主要工作包括以下几个方面：1） 硬件电路的设计（包括电
22、路各功能部分的简介）2） 模糊控制器的设计3） 基于单片机控制的软件设计4） 模糊恒温控制器的调试2.1 本设计的总体思路本设计研究的被控对象为某生产过程中用到的恒温箱,按工艺要求需保持箱温按设定（如20）恒定不变。当箱内的温度处在冷区时，控制器就控制单片机进行加热，当箱内的温度处在温区时，控制器就控制单片机停止加热，并在恒温箱温度高于热区的上限时对恒温箱进行适当的降温处理。2.2 模糊控制的算法设计模糊控制算法，或称为模糊控制规则，实质上是将操作者在控制工程中的实践经验（即动手控制策略）加以总结而得到的一条条模糊条件语句的集合，它是模糊控制的核心。在模糊控制中，常见的模糊控制器有以下几种：1
23、) 单输入单输出模糊控制器2) 双输入单输出模糊控制器3) 多输入单输出模糊控制器4) 双输入多输出模糊控制器本设计采用最常用的双输入单输出模糊控制规则。2.3 系统模糊化流程设计模糊控制器的输入和输出都是非模糊量，而其内部却建立在语言型的模糊控制率上，由条件满足的程序推出模糊输出的大小，该推理过程采用模糊理论，称为模糊推理。为了进行模糊推理必须先将非模糊量转化为模糊值，该过程称为模糊化。由于模糊推理的输出是模糊值，还必须将模糊输出转化为非模糊集，该过程称为去模糊化。即模糊控制器由模糊化、模糊推理及去模糊化三部分组成，三部分共同建立在知识库基础之上。图2.1是模糊控制器的组成原理方块图。 图2
24、.1 模糊控制器的组成原理方块图温室环境是一个多变量，多耦合，非线性，大滞后的复杂动态系统，很难建立精确的数学模型。因此，本系统采用模糊控制，并利用模糊控制器本身的解耦特点，在控制器结构上实现解耦，即将一个多输入多输出的模糊控制器分解成若干个多输人单输出的模糊控制器。对单个模糊控制器来说，根据实验结果和经验总结出模糊控制规则，再经模糊推理得到模糊控制表，将该控制表存入单片机中。在实际控制中，单片机根据模糊化后的输入变量值，直接查控制表以获得控制量的模糊值，再经反模糊化后作为输出去控制被控量。其系统总体流程图如下：图2.2 系统总体流程图第三章 硬件电路设计结构与工作原理3.1控制系统工作原理及
25、硬件设计PC 机作为上位机负责接收外部命令, 由串口输出后经接口电路发送到单片机, 使其执行相应的动作。单片机作为下位机构成温度箱的模糊控制系统。由PT100 型铂热电阻作为温度传感器把被控对象的温度信号转化为电压信号, 然后经串行A/D 转换得到数字量, 被AT89C51单片机I /O 口读取, 和事先已存于片内的EEPROM中的温度电压对照查询表对照, 即可得到实际的温度值,作为控制器的输入变量。控制器的输出通过单片机的I /O 口经D/A 转换变为模拟信号, 经放大器放大后去触发可控硅的导通角, 以达到调节温度箱加热功率的目的，整个控制系统构成一个闭环系统。3.2 电源电路电源通过变压器
26、和桥接电路完成降压和整流，经过电容滤波，再通过7805将12V电压降为5V，提供两种电压供电路使用。12V电压提供给继电器和蜂鸣器，5V电压提供给单片机。图3.1 电源电路3.3 晶振与复位电路晶振与单片机内部构成振荡回路，给单片机提供时钟频率。晶振JT1采用的是8.38MHz，在整个电路中是高频电器元件。高频电路易受外界干扰也易辐射到外界，而单片机需要时钟的稳定和精确，因此在设计时，要求晶振距离芯片要尽可能近，同时需用地线将晶振包裹起来，以获得更好的性能。在晶振附近是复位电路，要求复位电路到芯片的距离也要尽可能的近。而且为了防止在复位过程中由于快速的撤电加电过程造成的撤电不充分情况，这里安装
27、了一个三极管8550起电流放大的作用。在撤电时放大电流以加快电容的放电速度在正确的时间内完成放电，以使在复位时不出现由于撤电不充分而造成程序的运行错误。- 12 -图3.2 晶振与复位电路3.4 传感器电路温度的采集是通过传感器进行的。传感器采集的电压信号经过电容C3整流滤波传输到芯片的A/D采集口。电解电容有足够的容量进行滤波但它会表现出一点电感特性，为此需要给它并联一个小电容C7中和感性。我们见到的大电容旁边都会有一个小电容的原因就在于此。图3.3 传感器电路3.5 蜂鸣器电路当有按键按下时，单片机口线输出高电平，三极管T6导通，则导致蜂鸣器两端有电压差，蜂鸣器响，可以用作按键提示音。图3
28、.4蜂鸣器电路3.6 负载电路本设计是恒温模糊控制，通过控制继电器来进行加热，冷却使其自然冷却。继电器的一端接在电源火线上，另一端则接在加热器上。经传感器A/D转换得到实际温度，如果实际温度低于设定温度，应输出高电平，使继电器吸合，加热器开始工作。当实际温度接近于设定温度，加热停止，继电器关断，余温加热。当实际温度再次低于设定温度时，输出高电平，继电器再次吸合，如此循环往复。由于设定温度仅仅是一个确定的界限，在此设定一个回差本设计定为0.3，当实际温度与设定温度差值的绝对值高于这个回差时，进行加热或停止加热，避免由于频繁吸合和关断造成继电器的老化。图3.5 加热器电路3.7 数码管显示电路数码
29、管的工作原理要利用到人视觉记忆的特点。七段LED显示器由8个发光二极管组成。其中7个长条形的发光管排列成日字形，另一个圆点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用。当某一个发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔划被点亮，控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种数字字符。图3.6 七段发光显示器的结构LED 显示器有两种不同的形式，一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的称之为共阳极LED显示器另一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的称之为共阴极LED显示器，如图3.6所示。共阴和共阳结构的LED显示器各笔划段名和安排位置是相同的。七段显示器与单片机接口非常容易，只要将一个8位并行输出口与显示器
30、的发光二极管引脚相连即可。8位并行输出口输出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符显示，通常将控制发光二极管的8位字节数据称为段选码。其中七段是共阴极情况下的对应值，同时，可以看到共阳极与共阴极的段选码互为补数。在单片机应用系统中，使用N位LED显示器构成LED显示块。N位LED显示器有N根位选线和8N根段选线。段选线控制字符选择，位选线控制显示位的亮、暗。显示器显示常用两种方法：静态显示和动态扫描显示。所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的I/O接口用于笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因
31、此，使用这种方法节省了CPU的运行时间，提高CPU工作效率，但是位数较多时显示口也随之增加。为了节省I/O口线，常采用另外一种显示方式动态显示方式。图3.7 数码管显示电路动态扫描显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。其接口电路是把所有显示器的8个笔划段a-h同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM是各自独立地受I/O线控制。CPU向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是那个显示器亮，则取决于COM端，而这一端是由I/O控制的，所以我们就可以自行决定何时显示哪一位了。而所谓动态扫描就是指我们采用分时的方法，轮流控制各个显示器的COM端，使各个显示器轮流点
32、亮。在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约1ms）， 但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。第四章 模糊控制器和模糊数模型4.1算法设计4.1.1模糊控制器的控制规则为使模糊控制器规则不变得过于复杂，控制算法较易实现，采用目前广泛应用的二维模糊控制器。二维模糊控制器的输入变量为误差e和误差变化率e，输出变量为控制量u，这种模糊控制器由模糊集合及论域根据实际情况确定输入变量和输出变量的隶属函数与模糊控制规则表，再通过一定的算法求出模糊控制查询表，得到的控制量，即作
33、为模糊控制器的输出对被控对象施加控制作用。由于偏差和偏差变化能够较全面严格的反映被控过程的动态特性，因此其控制效果比一维模糊控制器好得多。 模糊控制(Fuzzy Control)是指模糊理论在控制技术上的应用。模糊控制器由模糊化(fuzzification)、模糊推理(fuzzy-inference)和去模糊化(defuzzification)三部分组成，它们都建立在知识库(knowledge base)基础之上。 在箱温控制问题中对温度的控制有如下描述: 如果箱温较低，则加热; 如果箱温适中，或箱温加热至接近设定时，则停止加热，余温加热; 如果箱温偏高，则采取适当的降温措施;图4.1 模糊控
34、制规则表 在上述语言描述中，都是根据条件部分中条件满足的情况得出定性的结论。如果用T代表箱温，dT代表温度的变化，U代表加热的控制，再为每个输入输出量定义出相应的语言值即模糊集: 箱温T=NB:较低，ZE:适中，PS:偏高 箱温变化dT=PB:快速上升，PS: 微量上升,ZE:误差范围内微量变化，NM:中等降温，NB:快速降温 本设计主要由隶属函数及推理方法决定模糊控制器的传递特性。（一）、语言变量模糊化模糊控制器的输入量为非模糊量，必须转化为模糊量后才能用于模糊推理。在模糊控制中，输入量的取值为语言值即模糊集:输入量本身也称为语言变量。例如在温控系统中，温度T为语言变量，其语言值可为TE冷
35、(cold)，温 (warm)，热 (hot)语言变量的定义大都将其语言值的隶属函数画在一个坐标系内。模糊变量的隶属函数u(X)由操作经验来确定，隶属函数取典型函数法中的三角形函数。图4.2是语言变量T的语言值定义。图4.2 语言变量温度T的语言取值当输入T=20时其输入量的模糊化为：u冷 (20)=0.6u 温 (20)=0.4u热 (20)=0(0.6; 0.4;0)称为温度20的语言解释,则20的模糊语言即为冷。一个非模糊值的模糊化就是根据输入语言变量的定义确定相应于每个语言值的隶属度。设输入为：(e, ce)，则模糊输出为：u E(e),u E(ce) （二）、模糊推理根据语言变量的定
36、义对输入量模糊化后，下一步是模糊推理。模糊推理由条件聚合(aggregation)，推断(implication)和累加(accumulation)三部分组成。模糊推理首先计算控制率中每条规则条件的满足程度 (条件聚合)，然后依据条件的满足程度推断单一规则输出的大小 (推断)。最后将所有规则的输出累加，得到总的模糊输出。控制规则的条件部分由通过模糊算子联接的数个子条件组成，例如: if T=cold or T=warm then.该规则条件部分由通过算子or连接的两个子条件组成，若采用最大算子进行运算，则总条件的满足度可由条件聚合得出:u cold u warm ( 20)=maxu cold
37、（20);u warm(20)=max（0.6, 0.4)=0.6 （三）、去模糊化模糊推理是模糊控制器的核心，运用模糊数学理论对模糊输入量进行计算推理，以获得一个定性的模糊输出量。对于双输人单输出的模糊控制器，其控制规则可写成下列条件语句形式，即If A and B1& B2&Bn then C图4.3 带自调整因子的模糊控制器其中，A，Bn, C是定义在误差、误差变化和控制量论域上的模糊集。令实时采样所得到的实际误差量ec、误差变化e分别与量化因子Kl和K2相乘并取整，得到量化的等级，根据模糊变量E和EC的赋值表如表1，采用最大隶属度法，求得量化等级所对应的模糊子集，结合模糊控制规则表，求
38、出控制量的模糊子集；根据模糊变量u的赋值表，再用最大隶属度法，得出此刻控制量模糊子集所对应的量化等级，这就是控制系统的一步模糊控制。图4.4 模糊化推理框图4.1.2反映控制规则的模糊关系模糊控制器的控制规则是有一组彼此间通过“或”的关系连接起来的模糊条件语句来描叙的。其中每一条件语句，当输入、输出语言变量在各自的论域上反映各语言值的模糊子集为已知时，都可以表达为论域积集上的模糊关系。于是，模糊控制算法的设计，在总结手动控制策略的基础上，通过总模糊关系的设计来实现。4.2 模糊控制器4.2.1 查询表的建立UE-6-5-4-3-2-10123456Ec-67777666542000-57776
39、666542000-47766665432000-37666655320-1-1-1-25544432100-3-2-1-15444431000-4-4-4-054442100-1-1-4-4-4+04443110-1-1-1-4-4-41222200-1-3-4-4-4-5-5222210-2-3-4-4-4-5-5-530000-3-4-6-6-6-6-6-6-64000-2-3-4-6-6-6-6-7-7-75000-2-4-6-6-6-6-6-7-7-76000-2-4-6-6-6-6-7-7-7-7表1 模糊控制器查询表ue-6-5-4-3-2-10123456ec-61111111
40、111111-51111111111110-41111111111100-31111111111000-21111111110000-1111111110000001111111000000111111100000002111110000000031111000000000411100000000005110000000000061000000000000表2 模糊控制响应表查询表是温控系统模糊控制算法总表，离线计算获得查询表如表1所示，将此表存入单片机，并编制一个调用查询表的子程序。控制过程，单片机将采集到的E和Ec。分别乘以量化因子Ke、和Kec、取得E和Ec值后，调用查询表，立即可输出控
41、制量变化U，就得到了实际加到电压变化。建立响应表的规则是变量小于0取负大，变量大于0取正小。在本设计中，输出U控制继电器的吸合与关断，因此，U=0或1。4.2.2 恒温箱模糊控制器的参数设计对于本系统，在总结手动控制策略基础上采用基本模糊控制器，以实现整个系统的模糊控温方案，此处为一套基本模糊控制器的设计。（1） 模糊控制器的语言变量 模糊控制器的输入语言变量可选为实际温度y和温度给定值yg之间的误差e=y-yg及其变化率e；而其输出语言变量可选为控制通过加热装置的开关控制。这样，就温控系统选定了一个双输入单输出的模糊控制器。（2） 输入语言变量误差E、误差变化EC和输出语言变量(控制量变化)
42、的赋值模糊控制应用中，被观测量选取输入语言变量为温度误差e和温度误差的变化率e，输出语言变量为加热器的控制信号。本设计中，为误差e选取8个语言值：PB，PM，PS，PZ，NZ，NS，NM，NB，为e取7个语言值：PB，PM，PS，Z，NS，NM，NB。e的基本论域(-0.3，+0.3)，e的基本论域(-l2，+12)，u的基本论域(-84，+84)，e的模糊子集论域E和e的模糊子集论域为(-6，-5，-4，-3，-2，-1，-0，+0，+1，+2，+3，+4，+5，+6)，U的模糊子集论域(-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6，+7)。4.3 模糊数
43、模型的建立双输入单输出模糊控制器的模糊控制规则：模糊控制规则对模糊控制系统的品质起到了关键的作用。在模糊控制中，如前面所提到的四种常见的模糊控制器，本设计采用最常用的双输入单输出模糊控制规则，其方框图见下：图4.5 双输入单输出的模糊控制器这类模糊控制器的控制规则通常由以下模糊条件语句来表达：If and c then 模糊逻辑控制采用与人脑的思维方法相似的控制原理。它是基于人的控制经验和直觉推理，经分析、整理、加工和提炼而得到的一组条件语句。因而它具有很大的灵活性，以根据实际的控制对象的不同，修改基本的模糊控制器，以实现各种新型的模糊控制。4.4软件设计思路在系统软件的设计中我们充分考虑了与
44、硬件电路的有机结合，有效地利用了模糊控制技术来减小过渡过程时间和提高控制精度。模糊控制器设计为双输入单输出型。输入量一为设定温度，输入量二为设定温度和当前箱温度的偏差E，输出量是加到调功器件上的电压控制信号。首先对输入量E和EC进行模糊化处理，分别将它们划分为8个模糊子集，即:PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，PO(正零)，NO(负零)，NS(负小)，NM (负中)，NB(负大)，分别确定出对应的隶属度。 然后对输出量u进行模糊化处理，将它们划分为7个模糊子集，即:PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，Z（零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)，确定出对应的隶属度。最后得出双输入单输出的控制器的一般采用形式（见表3）。 E UENBNMNSNZPZPSPMPBNBPBPBPMPMPMPM