基于模糊控制算法的温度控制系统的设计 毕业论文.doc
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1、基于模糊控制算法的温度控制系统的设计 摘要:以AT89C2051单片机为模糊控制器,结合温度传感变送器、A/D转换器、LED显示器、固态继电器等,组成一个基于模糊控制算法的温度控制系统。 在此系统中,单片机将给定的温度与测量温度的相比较,得出偏差量。然后根据模糊控制算法得出控制量。采用模拟的PWM控制方法,改变同一个周期中固态继电器的导通时间,从而调节电炉温度,达到控制的目的。从仿真结果可以看出,系统达到了预期目标。关键词:单片机;模糊控制;测量变送Abstract: Using the AT89C2051 single chip computer as the Fuzzy controlle
2、r, with temperature measure and adjust-convection instrument, A/D transformer , LED displayer, solid switch and so on, form a temperature control which based on Fuzzy control arithmetic. In such system, the single chip computer educe the control value based on the difference between the initializati
3、on and the measure value. Solid switch used as a analog PWM converter executor, change the close time in a decided periods, which aimed at control the temperature.Seen from the emulation result, system has reach the target.Keywords: Single chip microcomputer, Fuzzy control, measure and adjust-convec
4、tion1引言温度控制在工业自动化控制中占有非常重要的地位。但是其控制对象存在着很大的时滞性和对象模型的不精确性1,采用一般的控制方法如PID控制,都不能很好地满足要求。将模糊控制方法运用到温度控制系统中,可以克服温度控制系统中存在的严重的滞后现象,在提高采样频率的基础上可以很大程度的提高控制效果和控制精度2。基于模糊控制算法的温度控制系统的设计达到的目标:(1)被控对象可以是电炉或燃烧炉,温度控制在0100,误差为0.5;(2)恒温控制;(3)LED实时显示系统温度,用键盘输入温度;(4)采用模糊算法,要求误差小,平稳性好。2模糊温度控制系统的组成TL255189C2051固态继电器LED显
5、示DDZ热电偶温度变送器键 盘电炉温度图1模糊温度控制系统的组成2.1硬件组成系统硬件由单片机、A/D转换器、LED显示器、集成的热电偶温度变送器、固态继电器、大功率发热器、LED显示器等组成。如图1所示。2.2工作原理由集成的热电偶变送器对系统温度进行检测,并完成信号标准化、变送功能。单片机执行模糊控制功能、由固态继电器控制大功率发热器电源的导通与断开,从而达到控制温度的目的3。其主要特点有:(1) 在完成所要求的任务的基础之上还有着结构简单、明了的特点,很容易实现,而且在一定的程度上节约成本。(2) 由于采用了离线的方法进行模糊运算,实现起来较容易。 (3) 采用了无污染能源,保护环境。同
6、时也省去了为建造燃料供应子系统的费用,节约了成本。采用了模拟的PWM变换,和固态继电器。可以将采样频率提高到很多的水平,使控制精度更高、实时性更好。3 系统设计整个系统由软件和硬件两部分组成。3.1硬件设计系统硬件由电源电路,温度检测变送电路、模数接口转换电路、单片机最小系统和人机接口等部分组成。系统原理框图如图2所示。单片机最小系统电源显示器AT24c01检测变换电路键盘TCL2551执行器图2 系统原理框图3.1.1 温度检测与变送环节 DDZ热电偶温度变送器可以把温度转换成统一的标准信号(DC420mA或DC15V),其输出送显示仪表或调节器,调节器实现对温度的显示或自动控制。DDZ-热
7、电偶温度变送器具有热电偶冷端温度补偿、零点调整、零点迁移、量程调整以及线性化等重功能4。3.1.2 模数转换接口电路按照设计指标,精度要求在0.5。用12位A/D器,其输入电压为05V时对应的输出为04096,设计要求温度控制在0100。我们可以将100时A/D输出为1000,这样其精度可以达到0.1,完全满足设计的要求。前面已经说明变送器的输出为15V,所以可以调节送器的量程,0时变送器输出为1.22V,而A/D转换的输出为1000;100时输出2.44V,A/D输出为2000。通过以上设定,在保证了很大的裕量的同时又减小了其计算的复杂性。其输出值=温度10,运算的时候根本不用采用浮点数运算
8、,只要一个双字节无符号数减法、除法即可以完成,且在显示的时候也可以精确显示到小数点后面一位4。3.1.3 人机交互接口(1) 本显示电路共设了四位,分别用于显示温度的百、十、个、小数位。所以显示的温度可以精确到小数点后一位,即0.1。(2) 键盘在系统功能的实现过程中起着不可或缺的作用。在硬件上,采用串行接口,由一个74HC164,其8个输出口作为矩阵键盘的列线,再由89C2051的P1.1、P1.2作为行线组成,每根线上都加一个上拉电阻,用于减小干扰。整个键盘共设16个键。09数字键、设定、上限、下限温度键、下翻、关机键、确认键5。(3) 为使系统的人机交互界面更好,设置了两路报警信号,显示
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