基于单片机的模糊PID温度控制系统设计开题报告.doc

毕业设计(论文)开题报告信电系工业电气自动化专业03级1班课题名称：基于单片机的模糊PID温度控制系统设计毕业设计(论文)起止时间：学生姓名：指导教师：报告日期：信息与电子工程系毕业设计（开题报告）1一、本课题所涉及的问题在国内(外)的研究现状综述（模糊控制）1、模糊控制国内外发展动态国外最早取得应用成果的是1974年英国伦敦大学教授E.H.Mamdani，首先利用模糊控制语句组的模糊控制器，应用于锅炉和气轮机的运行控制，在实验室获得成功，标志着模糊控制的诞生。随后，1975年，英国的P.J.King和E.H.Mamdani将模糊控制系统应用于工业发酵过程的温度控制中；1979年，英国的I.J.Procyk和E.H.Mamdani研究了一种自组织的模糊控制器，它在控制过程中不断修改和调整控制规则，使得控制系统的性能不断完善；1983年，日本学者M.Sugeno和Kurakani将基于语言真值推理的模糊逻辑控制器，应用于汽车速度的控制，并且取得成功。模糊控制技术与传统PID技术相结合的研究国外也取得了许多成果。Tang通过对常规模糊控制器机理的分析，最早提出了一般模糊控制器和PI控制器的相似性；Abdelnon:从PID控制角度，提出了Fuzzy-PI,Fuzzy-PD和Fuzzy-PID三种形式的模糊控制器，随后各种模糊PID控制器都证明是非线性PID控制器，Ying最先提出模糊PID控制器的解析结构，证明了各类Mamdani模糊控制器是可变增益的非线性PI控制器，Ying和刘向杰等还采用各种方式得出了模糊控制器的量化因子和比例因子同PID控制器的Kp,Ki和Kd的之间的关系李洪兵分析了模糊控制器与PID控制器之间的关系，提出了SISO模糊控制器是分段P调节器，DISO模糊控制器是具有P与D(或P与I)交互影响的分片PD(或PI)调节器，三输入单输出模糊控制器是具有P、I、D之间交互影响的分片PID调节器。总之，各种研究表明，模糊控制器是非线性PI、PD或PID控制器，普通PI,PD或PID控制器在三维或四维空间中是一个通过原点的超平面，具有线性调节特性，而模糊控制器在相应的空间则是一个过原点的分片二次或三次曲面，具有逼近非线性调节规律，因此，其整体控制效果好于PI,PD或PID控制器。我国模糊控制理论及其应用方面的研究工作是从1979年开始的，大多数是在著名的高等院校和研究所中进行理论研究，如对模糊控制系统的结构、模糊推理算法、自学习或自组织模糊控制器，以及模糊控制稳定性等的研究，而其成果应用集中于工业炉窑方面，如火炉等。80年代末期开始研究模糊控制器与PID控制器的关系；1985年徐承伟就指出了模糊控制器输出与被控对象之间存在着积分作用；1987年胡家耀在此基础上提出了Fuzzy-PI调节信息与电子工程系毕业设计（开题报告）2器，并用于退火炉燃烧过程中；1988年，河北廊纺市工具厂李利民、王金奎研制的高温盐浴炉微机控制系统以磁性调压器作为执行元件，采用MPID调节方式，当炉温在11001300范围内任意调节，误差小于土20；1989年，武汉铝厂郑恭恒、沈协和用单片机实现炉温控制，采用Bang-Bang和PID相结合的控制算法，达到了升温速度快，超调量小的控温效果；1997年，吉林工业大学吕俊伟、王文成、黄海东研制的模糊一PI一开关混合控制器用于渗炭炉温度控制系统，缩短了升温时间，大大提高了控制精度，最大超调量小于1。2、模糊控制的发展趋势当代模糊控制技术己经进入新的发展阶段。1984年美国推出“模糊决策支持系统”；日本则进入模糊控制实用化时期：(1)过去将大型机械设备和生产过程作为对象，而目前已经面向大众，如电视摄像机自动调焦等家用电气设备。(2)向复杂系统、智能系统、人类与社会系统以及自然系统等方向扩展。(3)在硬件方面进一步研制模糊控制器、模糊推理等专用芯片，并且开发“模糊控制用的通用系统”。模糊控制技术发展至今，仍然存在以下主要问题:(1)模糊控制在非线性复杂系统应用中的模糊建模、模糊规则的建立和模糊推理算法的深入研究。(2)由于复杂模糊规则的相互作用，使得到的合成推理算法具有相当程度的非线性性能，致使模糊控制效果不够理想。(3)模糊控制系统的稳定性理论探讨。(4)自学习模糊控制策略和智能化系统结构及其实现。(5)简单、适用且具有模糊推理功能的模糊集成芯片和模糊控制装置、通用模糊控制系统的开发和推广应用。今后控制理论面临的突出问题是既要继续发展自身的理论，又要在应用方面留下实实在在的成果。模糊控制模糊专家系统模糊控制工程将是构成未来系统的重要途径。信息与电子工程系毕业设计（开题报告）3二、设计(论文)要解决的问题和拟采用的研究方法本设计的主要解决的问题是通过单片机控制系统,实现对温度的智能控制。具体设计方案如下：采用温度传感器完成对温度的数据采集，并把温度值转换为电压值，经过放大、A/D转换为数字量进入单片机控制系统，与单片机中预置的参量进行比较后，得到误差量，并与上一次采集的误差量进行比较，得到误差的变化量，把误差量和误差的变化量作为模糊PID控制器的输入，经过软件进行处理，输出控制量，经过D/A转换后控制驱动电路，得到加在电炉上的平均电压。从而控制电炉的温度，实现温度的自动调节，使得温度稳定在设定值附近。解决问题过程中我们引路了模糊控制的概念。回顾了模糊控制理论的发展历史，指明了模糊控制在自动化控制领域的重要地位和作用；介绍模糊控制在国外的应用情况及国内模糊控制技术与PID控制技术在炉温控制系统中的成功应用；阐述模糊控制在应用中存在的问题及今后的发展趋势；提出了电炉模糊PID温度控制系统的研究目标。着重阐述温度控制系统的工作原理。在分析传统数字PID控制和模糊控制策略的基础上，结合两者的优点，提出模糊控制与PID控制相结合的控制策略。下面简单介绍模糊控制和PID控制的原理及特点：1、模糊控制理论概述传统的自动控制，包括经典理论和现代控制理论都有一个共同的特点，即控制器的综合设计都要建立在被控对象准确的数学模型(如微分方程，传递函数或状态方程)的基础上。但是在实际工业生产中，建立精确的数学模型特别困难，甚至是不可能的。特别是对于具有非线性、时变、纯滞后等特点的温度控制系统，常规PID控制器不能适应系统参数变化，达不到较好的动态控制性能。这种情况下，模糊控制的诞生就显得意义重大。2、模糊控制理论模糊数学和模糊控制的概念是由美国加利福尼亚大学著名教授查德(L.A.Zadeh)在他的FuzzySets,FuzzyAlgorithm和ARetionnaleforFuzzyControl等著名论著中首先提出。1972年2月，日本以东京工业大学为中心，发起成立“模糊系统研究会”，1973年公开使用“模糊控制工程”这一概念；1974年在加利福尼亚大学的美日研究班上，开始了有关“模糊集合及其应用”的国际学术交流。1978年国际上开始发行FuzzySets