基于单片机的模糊PID温度控制系统设计.doc

浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（论文）I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。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。关键词：电炉；单片机；模糊PID。浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（论文）IIAbstractTemperatureinheattreatmentcraftisveryimportant.Controlprecisioneffectdirectlythequalityoftheproduct.Theelectricstoveisakindpuregreatinertiasystem,andthetraditionalheatcontrolsystemisbasedonsomecertainmodel,soishardtosatisfythetechnologicalrequirement.Thispaperwilladoptfuzzycontrolalgorithmtobuildaintelligentfuzzycontrolsystem.Inthispaper,weusefuzzyself-regulatedPIDalgorithmttodesignaelectricstovecontrolsystemdependingonmainly8031chipandbuildaintelligentcontrollerwhichcanprocesscomplicateddataandrealizecomplicatedcontrolfunctiong,meanwhileisalaoregardedasanindependentSCMcontrolsystemwhichhashigherflexibilityanddependability.TheSCMaccordstoallkindsinputorderstocarryoutintelligentalgorithminordertogetcontrolvalue,thentofeedoutthepulsesignaltotriggercircuitanddrivethetwo-waysiliconinordertoheatthestove.Thecontrolsystembasedfuzzyself-regulatedPIDalgorithmhasrealintelligenceandflexibility.Thefunctionsincludeautomaticdetection,real-timedatagatherandprecessanddisplayingthecontroloutputandsoon,whichdowellinimprovingthecontrolprecision.Keyword：Electricstove；SCM；FuzzyPID.浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（论文）III目录第1章绪论.11.1引言.11.2控制器发展现状.11.2.1PID控制器的发展现状.11.2.2模糊PID控制.21.2.3模糊自整定PID控制.21.3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.42.1模糊推理机的设计.42.1.1模糊推理机的结构.42.1.2模糊推理机的设计.42.1.2.1精确量的模糊化.52.1.2.2建立模糊控制规则和模糊关系.52.1.2.3输出信息的模糊决策.62.2模糊自整定PID控制器.62.2.1PID参数对PID控制性能的影响.62.2.2模糊自整定PID控制器.72.3模糊自整定PID控制器性能的研究.82.3.1Matlab仿真结构图.82.3.2惯性时间常数的影响.92.4仿真结果分析.10第3章系统硬件和电路设计.113.1引言.113.2系统的总体结构.113.3温度检测电路.123.3.1温度传感器.123.3.2测量放大器的组成.123.3.3热电偶冷端温度补偿方法.133.4多路开关的选择.133.5A/D转换器的选择及连接.143.6单片机系统的扩展.153.6.1系统扩展概述.153.6.2常用扩展器件简介.163.7存储器的扩展.173.7.1程序存储器的扩展.173.7.1.1只读存储器简介.173.7.1.2EPROM2764简介.17浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（论文）IV3.7.2数据存储器的扩展.183.7.2.1数据存储器概述.183.7.2.2静态RAM6264简介.193.7.2.3数据存储器扩展举例.193.8单片机I/O口的扩展（8155扩展芯片）.203.8.18155的结构和引脚.203.8.28155的控制字的及其工作方式.213.8.38155与8031的连接.223.9看门狗、报警、复位和时钟电路的设计.233.9.1看门狗电路的设计.233.9.2报警电路的设计.233.9.3复位电路的设计.243.9.4时钟电路的设计.253.10键盘与显示电路的设计.253.10.1LED数码显示器的接口电路.253.10.2键盘接口电路.263.11DAC7521数模转换接口.273.12隔离放大器的设计.283.13可控硅调功控温.293.13.1过零触发调功器的组成.293.13.2主要电路介绍.303.14单片机开关稳压电源设计.31第4章系统软件设计.324.1主要程序的框图.324.1.1主程序框图.324.1.2键盘中断服务子程序.334.1.3恒温及升温测控子程序.344.1.4降温测控子程序.354.2模糊自整定PID控制算法.36致谢.39参考文献.40附录.42