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1、基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設計第1章緒論溫度控制，在工業(yè)自動化控制中占有非常重要的地位。將模糊控制方法運用到溫度控制系統(tǒng)中，可以克服溫度控制系統(tǒng)中存在的嚴重滯后現象，同時在提高采樣頻率的基礎上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。1.1課題背景1965年,美國著名控制論學者L.A.Zadeh發(fā)表了開創(chuàng)性論文,《FUZZYSETS》首次提出了一種完全不同于傳統(tǒng)數學與控制理論的模糊集合理論。在短短的30年里,以模糊集理論為基礎發(fā)展而來的模糊控制策略已經成功為將人的控制經驗納入自動控制策略之中。在現今的模糊控制領域中，經典模糊控制理論已經在很多方面取得了一
2、大批有實際意義的成果（如90年代日本家電模糊控制產品和工業(yè)模糊控制系統(tǒng)）。此外經典模糊控制也得到了相應的改善，如模糊集成系統(tǒng)、模糊自適應系統(tǒng)、神經模糊控制等?，F代自動控制越來越朝著智能化發(fā)展，在很多自動控制系統(tǒng)中都用到了工控機，小型機、甚至是巨型機處理機等，當然這些處理機有一個很大的特點，那就是很高的運行速度，很大的內存，大量的數據存儲器。但隨之而來的是巨額的成本。在很多的小型系統(tǒng)中，處理機的成本占系統(tǒng)成本的比例高達20%，而對于這些小型的系統(tǒng)來說，配置一個如此高速的處理機沒有任何必要，因為這些小系統(tǒng)追求經濟效益，而不是最在乎系統(tǒng)的快速性，所以用成本低廉的
3、單片機控制小型的，而又不是很復雜，不需要大量復雜運算的系統(tǒng)中是非常適合的。溫度控制，在工業(yè)自動化控制中占有非常重要的地位，如在鋼鐵冶煉過程中要對出爐的鋼鐵進行熱處理，才能達到性能指標，塑料的定型過程中也要保持一定的溫度［2］。隨著科學技術的迅猛發(fā)展，各個領域對自動控制系統(tǒng)控制精度、響應速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性與自適應能力的要求越來越高，被控對象或過程的非線性、時變性、多參數點的強烈耦合、較大的隨機擾動、各種不確定性以及現場測試手段不完善等，使難以按數學方法建立被控對象的精確模型的情況[3]42基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設計。對于這些系統(tǒng)來說采用傳統(tǒng)的方法包括
4、基于現代控制理論的方法往往不如一個有實踐經驗的操作人員的手動控制效果好，而模糊控制理論正是以人的經驗為重要組成部分。這就使模糊控制在一般情況下比傳統(tǒng)控制方法更有效、更安全。將模糊控制方法運用到溫度控制系統(tǒng)中，可以克服溫度控制系統(tǒng)中存在的嚴重的滯后現象，同時在提高采樣頻率的基礎上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。模糊控制是基于模糊數學上發(fā)展起來的一門新的控制科學[3]。其運算過程中有很多都要用到矩陣運算，但控制其級別很少的時候可以進行離線計算，很方便的完成矩陣運算。這樣一來模糊控制就已經簡化了，甚至比一般的PID運算還更簡單。運用一般的處理機，如單片機就
5、能完成。1.2設計指標設計一個基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)具體化技術指標如下。1.被控對象可以是電爐或燃燒爐，溫度控制在0~100℃，誤差為±0.5℃；2.恒溫控制；3.LED實時顯示系統(tǒng)溫度，用鍵盤輸入溫度;4.采用模糊算法，要求誤差小，平穩(wěn)性好。1.3本文的工作詳細分析課題任務，對模糊控制和溫度控制的歷史和現狀進行分析，并對模糊控制和溫度控制的原理進行了深入的研究，并將其綜合。然后根據課題任務的要求設計出實現控制任務的硬件原理圖和軟件，并進行訪真調試。42基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設計第2章模糊控制算法及其應用隨著科學技術的迅猛發(fā)展，各個領域對
6、自動控制系統(tǒng)控制精度、響應速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性與自適應能力的要求越來越高，被控對象或過程的非線性、時變性、多參數點的強烈耦合、較大的隨機撓動、各種不確定性以及現場測試手段不完善等，使難以按數學方法建立被控對象的精確模型的情況。對于這些系統(tǒng)來說采用傳統(tǒng)的方法包括基于現代控制理論的方法往往不如一個有實踐經驗的操作人員的手動制作效果好，而模糊控制理論正是以人的經驗為重要組成部分。這就使模糊控制在一般情況下比傳統(tǒng)控制方法更有效、更安全。２.1用模糊控制的發(fā)展模糊集合和模糊控制的概念是由美國加利福尼亞大學著名教授L.A.Zadeh于1965年在其Fuzzy,FuzzyA
7、lgorithm等著名論著中首先提出的。模糊集合的引入可將人的判斷、思維過程用比較簡單的數學形式直接表達出來，從而使對復雜系統(tǒng)做出符合實際的、符合人類思維方式的處理成為可能，為經典模糊控制器的形成奠定了基礎［３］。為了加快模糊控制理論的研究，1972年在日本東京大學建立了“模糊系統(tǒng)研究會”，以后，各大學相繼招開模糊控制的國際學術交流會，大大促進了模糊控制的發(fā)展。盡管模糊集理論的提出至今只有30年，但發(fā)展迅速。至今世界上研究“模糊”的學者已超過萬人，發(fā)表的重要論文達5000多篇。80年代以來，自動控制系統(tǒng)的被控對象更加復雜化，它不僅表現在多輸入，多輸出的強耦
8、合性、參數時變性和嚴懲的非線性，更突出的是從系統(tǒng)對象所能獲得的數據
