基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)

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1、基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(yùn)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(yán)重滯后現(xiàn)象，同時(shí)在提高采樣頻率的基礎(chǔ)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(xué)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(shù)學(xué)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(chǔ)發(fā)展而來的模糊控制策略已經(jīng)成功為將人的控制經(jīng)驗(yàn)納入自動控制策略之中。在現(xiàn)今的模糊控制領(lǐng)域中，經(jīng)典模糊控制理論已經(jīng)在很多方面取得了一

2、大批有實(shí)際意義的成果（如90年代日本家電模糊控制產(chǎn)品和工業(yè)模糊控制系統(tǒng)）。此外經(jīng)典模糊控制也得到了相應(yīng)的改善，如模糊集成系統(tǒng)、模糊自適應(yīng)系統(tǒng)、神經(jīng)模糊控制等?，F(xiàn)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(jī)，小型機(jī)、甚至是巨型機(jī)處理機(jī)等，當(dāng)然這些處理機(jī)有一個(gè)很大的特點(diǎn)，那就是很高的運(yùn)行速度，很大的內(nèi)存，大量的數(shù)據(jù)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(jī)的成本占系統(tǒng)成本的比例高達(dá)20%，而對于這些小型的系統(tǒng)來說，配置一個(gè)如此高速的處理機(jī)沒有任何必要，因?yàn)檫@些小系統(tǒng)追求經(jīng)濟(jì)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(jī)控制小型的，而又不是很復(fù)雜，不需要大量復(fù)雜運(yùn)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(jìn)行熱處理，才能達(dá)到性能指標(biāo)，塑料的定型過程中也要保持一定的溫度［2］。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域?qū)ψ詣涌刂葡到y(tǒng)控制精度、響應(yīng)速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性與自適應(yīng)能力的要求越來越高，被控對象或過程的非線性、時(shí)變性、多參數(shù)點(diǎn)的強(qiáng)烈耦合、較大的隨機(jī)擾動、各種不確定性以及現(xiàn)場測試手段不完善等，使難以按數(shù)學(xué)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(shè)計(jì)。對于這些系統(tǒng)來說采用傳統(tǒng)的方法包括

4、基于現(xiàn)代控制理論的方法往往不如一個(gè)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(jīng)驗(yàn)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(yùn)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(yán)重的滯后現(xiàn)象，同時(shí)在提高采樣頻率的基礎(chǔ)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(shù)學(xué)上發(fā)展起來的一門新的控制科學(xué)[3]。其運(yùn)算過程中有很多都要用到矩陣運(yùn)算，但控制其級別很少的時(shí)候可以進(jìn)行離線計(jì)算，很方便的完成矩陣運(yùn)算。這樣一來模糊控制就已經(jīng)簡化了，甚至比一般的PID運(yùn)算還更簡單。運(yùn)用一般的處理機(jī)，如單片機(jī)就

5、能完成。1.2設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)具體化技術(shù)指標(biāo)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(shí)時(shí)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(xì)分析課題任務(wù)，對模糊控制和溫度控制的歷史和現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并對模糊控制和溫度控制的原理進(jìn)行了深入的研究，并將其綜合。然后根據(jù)課題任務(wù)的要求設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)的硬件原理圖和軟件，并進(jìn)行訪真調(diào)試。42基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第2章模糊控制算法及其應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域?qū)?/p>

6、自動控制系統(tǒng)控制精度、響應(yīng)速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性與自適應(yīng)能力的要求越來越高，被控對象或過程的非線性、時(shí)變性、多參數(shù)點(diǎn)的強(qiáng)烈耦合、較大的隨機(jī)撓動、各種不確定性以及現(xiàn)場測試手段不完善等，使難以按數(shù)學(xué)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(xiàn)代控制理論的方法往往不如一個(gè)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(jīng)驗(yàn)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(xué)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(shù)學(xué)形式直接表達(dá)出來，從而使對復(fù)雜系統(tǒng)做出符合實(shí)際的、符合人類思維方式的處理成為可能，為經(jīng)典模糊控制器的形成奠定了基礎(chǔ)［３］。為了加快模糊控制理論的研究，1972年在日本東京大學(xué)建立了“模糊系統(tǒng)研究會”，以后，各大學(xué)相繼招開模糊控制的國際學(xué)術(shù)交流會，大大促進(jìn)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(xué)者已超過萬人，發(fā)表的重要論文達(dá)5000多篇。80年代以來，自動控制系統(tǒng)的被控對象更加復(fù)雜化，它不僅表現(xiàn)在多輸入，多輸出的強(qiáng)耦

8、合性、參數(shù)時(shí)變性和嚴(yán)懲的非線性，更突出的是從系統(tǒng)對象所能獲得的數(shù)據(jù)