基于单片机的模糊PID温度控制系统设计
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密 惠 保
摘 要
温度控制在热处理工艺过程中,是一个非常重要的环节。控制精度直接影响着产品质量的好坏。本文研究的电炉是一种具有纯滞后的大惯性系统，传统的加热炉控制系统大多建立在一定的模型基础上，难以保证加热工艺要求。因此本文将模糊控制算法引入传统的加热炉控制系统构成智能模糊控制系统。
本文以模糊自整定 PID 控制算法为基础，设计以8031单片机为主体的控制系统控制电炉,构成一个能进行较复杂的数据处理和复杂控制功能的智能控制器，使其既可与微机配合构成控制系统，又可作为一个独立的单片机控制系统，具有较高的灵活性和可靠性。单片机根据输入的各种命令，进行智能算法得到控制值，输出脉冲触发信号，通过过零触发电路驱动双向可控硅，从而加热电炉。(毕业设计网 )
本文提出的基于模糊的自整定 PID 控制算法的控制系统具有真正的智能化和灵活性，有自动检测、数据实时采集、处理及控制结果显示等功能，对提高电炉温度的控制精度具有较好的意义。 [资料来源：www.THINK58.com]
关键词：电炉；单片机；模糊 PID。
Abstract
Temperature in heat treatment craft is very important. Control precision effect directly the quality of the product. The electric stove is a kind pure great inertia system, and the traditional heat control system is based on some certain model, so is hard to satisfy the technological requirement.This paper will adopt fuzzy control algorithm to build a intelligent fuzzy control system.
In this paper, we use fuzzy self-regulated PID algorithmt to design a electric stove control system depending on mainly 8031 chip and build a intelligent controller which can process complicated data and realize complicated control functiong, meanwhile is alao regarded as an independent SCM control system which has higher flexibility and dependability. The SCM accords to all kinds input orders to carry out intelligent algorithm in order to get control value, then to feed out the pulse signal to trigger circuit and drive the two-way silicon in order to heat the stove. [来源：http://think58.com]
The control system based fuzzy self-regulated PID algorithm has real intelligence and flexibility. The functions include automatic detection, real-time data gather and precess and displaying the control output and so on, which do well in improving the control precision. [来源：http://www.think58.com]
Keyword：Electric stove；SCM；Fuzzy PID.
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]
[资料来源：THINK58.com]
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。(毕业设计网 ) 
目 录
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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
(毕业设计网 )
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 [资料来源：THINK58.com]
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
[来源：http://think58.com]
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
参考文献
[资料来源：THINK58.com]
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