dq010基于单片机的模糊PID温度控制系统设计
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共60页)
编号：512333
类型：共享资源
大小：684.80KB
格式：RAR
上传时间：2015-11-11
上传人：QQ28****1120
认证信息
个人认证
孙**（实名认证）
辽宁
IP属地：辽宁
6
积分
- 关 键 词：
-
毕业设计
- 资源描述：
-
dq010基于单片机的模糊PID温度控制系统设计,毕业设计
- 内容简介：
-
2 nts 3 nts 1nts nts 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 nts 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。 nts 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 Fuzzy Sets , Fuzzy Algorithm和 A Retionnale for Fuzzy Control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 Fuzzy Sets and nts Systems专业杂志。 1984 年，在夏威夷首次召开国际会议，商讨成立国际学会事宜，同年年底“国际模糊系统学会” (IFSA-International Fuzzy System Association)成立，学会下设“智能系统” (Intelligent Systems)和“经营与生产中的模糊系统” (Fuzzy Systems in Business and Manufacturing)。首届 IFSA 国际学术会议于 1985 年在西班牙召开 ;1987 年在日本东京召开了第二届 IFSA 国际会议。 1992 年， IEEE Fuzzy Systems 国际会议开始举办，每年一次 ; 1993 年， IEEE Trans. on Fuzzy Systems开始出版。 进管模糊控制理论的提出至今只有 30 多年，但其发展迅速。在模糊控制理论与算法、模糊推理、工业控制应用、模户硬件与系统集成，以及稳定性理论研究等方面都取得了重大进展。应用范围日益广泛，并且不断与计算机技术、半导体技术相互融合。 3、模糊控制的地位和 作用 80 年代以来，自动控制系统被控对象日益复杂，它不仅表现在控制系统具有多输入一多输出的强藕合性、参数时变性和严重的非线性特征，更突出的是从系统对象所能获得的知识信息量相对地减少，以及与此相反地对控制性能的要求却日益高度化。然而，正如Zadeh 教授于 1973 年所指出的 :“当一个系统复杂性增大时，人们能使它精确化的能力将降低，当达到一定的闭值时，复杂性和精确性将相互排斥” (即“不相容原理” )。 也就是说，在多变量、非线性、时变的大系统中，要想精确地描述复杂对象与系统的任何物理现象和运动状态，实际上是不可能的。 关键的是如何使准确和简明之间取得平衡，而使问题的描述具有意义。 模糊控制理论的研究和应用在现代自动控制领域中的地位和意义，可以用图来表示。图 1.1 模糊控制在控制领域中的重要地位和作用 nts 图中表示了经典控制理论首先使用于线性小规模系统的自动化领域 ;而随着计算机技术的发展，现代控制理论在大规模线性多变量系统中得到广泛应用 ;但是，对于非线性复杂系统，这些控制策略却难以适用，它不仅算法及其复杂，而且无望获得满意的结果。近年来，采用专家知识的人工智能 (Artificial Intelligence)和智能信息处理技术，虽然引起了人们的重视，但它却不能作为模拟控制，而且其知识库十分庞大，设计也十分困难。模糊控制不仅适用于小规模线性单变量系统，而且渐渐向大规模、非线性复杂系统扩展，从己经实现的控制系统来看，它具有易于熟悉、输出量连续、可靠性高、能发挥熟练专家操作的良好自动化效果等优点。 至今，研究“模糊”的学者越来越多，发表的论文上万篇，研究范围从单纯的模糊数学到模糊控制理论应用、模糊控制系统及其硬件集成，而与知识工程和控制方面有关的研究有模糊建模理论、模糊序列、模糊识别、模糊知识库、模糊语言规则、模糊近似推理等。近年来，针对复杂的系统的自学习与参数自调整模糊控制系统方面的研究，深受各国学者的重视。目前，已经将神经网络和模糊控制技术互相结合，取长补短，形成一种模糊神经网络 (Fuzzy-Neural Network)技术，由此组成更接近人脑的智能控制系统。 4、 PID控制的原理及特点 在 工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称 PID控制，又称 PID 调节。 PID 控制器问世至今已有近 70 年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用 PID 控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID 控制技术。 PID 控制，实际中也有 PI 和 PD 控制。 PID 控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 1）比例（ P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（ Steady-state error）。 nts 2）积分（ I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（ System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例 +积分 (PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 3）微分（ D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后 (delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例 +微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例 +微分 (PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 nts 三 本课题需要重点 研究的、关键的问题及解决的思路 本课题需要重点研究的、关键的问题是模糊控制器的基本原理及特点 和 单片机温度控制系统组成： 1、模糊控制器的基本原理 模糊控制是以模糊集合论，模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的计算机智能控制，其基本概念是由美国加利福尼亚大学著名教授查德 (L.A.Zadeh)首先提出的，经过近年的发展，模糊控制在模糊控制理论和应用研究方面均取得重大成功。 模糊控制的基本原理框图如下 : 图 2.3 中的核心部分为模糊控制器，模糊控制器的控制规律由计算机的程序实现。实现一维模 糊控制算法的过程描述如下 :微机采样获取被控制量的精确值，然后将此量与给定值比较得到误差 e，一般选误差信号 e 作为模糊控制器的一个输入量。把误差信号 e 的精确量进行模糊化变成模糊量。误差 e 的模糊量可用相应的模糊语言表示，得到误差 e 的模糊语言的一个子集 e(e 是一个模糊量 )，再由 e 和模糊控制规则且 (模糊算子 )根据推理的合成规则进行模糊决策，得到模糊控制量 u。 u=e.R 为了对被控对象进行 R 精确的控制，还需要将模糊控制量 u 转化为精确量。 这一步在图 2.3 中称为去模糊化处理 (亦称非模糊化处理 )。得到了精确的数字控制量后，经数模转换变为精确的模拟量送给执行机构，对被控对象进行控制。然后，等待第二次采样，进行第二步控制。如此循环下去，就实现了被控制对象的模糊控制。 nts 2、模糊控制的特点 模糊控制具有的突出特点包括 : (1)模糊控制是一种基于规则的控制，它直接采用语言型控制规则，出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确的数学模型，因而使得控制机理和策略易于接受与理解，设计简单，便于应用。 (2)由工业过程的定性出发，比较容易建立语言控制规则，因而模糊控制对那些数学模型难以获取，动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。 (3)模糊控制是基于启发性的知识语言，这有利于模拟人工控制的过程和方法，增强控制系统的适用能力，使之具有一定的智力水平。 (4)模糊控制的鲁棒性强，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。 3、单片机温度控制系统组成 在温度控制中，用单片机取代常规控制主要是用单片机代替控制仪表，用数字给定工艺参数，其一般组成如图下图所示。 单片机温度控制系统的组成 火炉的温度经温度传感器转换成 mv 级电信号，经放大电路变换成 05 V 的电压信号，通过多路开关送到 A/D 转换器变换成数字量送单片机。单片机首先对它进行标度变换，得支它所示、表示的温度值。然后根据给定工艺参数和温度反馈值，按预定控制算法进行调节运算，确定输出控制量。控制量由 D/A 转换成模拟电压，经功率放大后驱动执行机构控制火炉的进气量，使炉子的温度按规定的工艺曲线变化。 nts 四、完成本课题所必须的工作条件 (如工具书、实验设备或实验环境条件、某类市场调研、计算机辅助设计条件等等 )及解决的办法 1、本课题运用到的了以下书籍： 电子实用手册 藤井信生主编 科学出版社 传感器原理与应用 张正伟 中央广播电视大学出版社 半导体器件手册（ A/D D/A 转换器手册，线性 IC 手册放大部分） 庞振泰 王采斐 屈宗明译 清华大学出版社 单片机原理与应用 朱月秀 科学出版社 新型开关电源设计与维修 何希才 国防工业出版社 现代热处理实用技术数据手册 夏国华 杨树蓉 国防工业出版社 自动检测技术 马西秦 机械工业出版社 单片机处围器件实用手册 关德新 冯文全 北京肮空肮天大学出版社 开关电源的设计与应用 赵效敏 上海科学普及出版社 基础电子电路设计与实践 戴伏生 国防工业出版社 微机控制技术 杨宁夏 高等教育出版社 测控电路及装置 孙传友 孙晓斌 李胜玉 张一 编著 北京航空航天大学出版社 传感器实际应用电路设计 电子科技大学出版社 黄贤武等编 清华大学出版社 等等 2、所需的实验设备： 单片机实验设备等 3、所需的计算机辅助高计软件有： word2003， KEIL 单片机程序编辑软件， protel， CAD 等。 4、如果有条件本次毕业设计，本组同学想做一定的仿真实验或是实际实验。 五 设计 (论文 )完成进度计划 于 2006 年 3 月 5 日前完成题报告。 2006 年 6 月份上旬之前完成所有的设计及论文。 nts 六、 指导教师审阅意见 指导教师 (签字 )： 年 月 日 七 、 教研室主任意见 教研室主任 (签字 )： 系 (签章 ) 年 月 日 说明： 1. 本报告必须由承担毕业设计 (论文 )课题任务的学生在接到“毕业设计 (论文 )任务书”、正式开始做毕业设计 (论文 )的第2 周或第 3 周末之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。 2.每个毕业设计 (论文 )课题撰写本报告一份，作为指导教师、教研室主任审查学生 能否承担该毕业设计 (论文 )课题任务的依据，并接受学校的抽查。 nts 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。实验室人员根据材料的烧成制度来调节电炉的输出电压以实现对电炉的温度控制。一般的有两种方法 :第一种就是手动调压法 ,第二种控制方法在主回路中采取双向可控硅装置 ,并结合一些简单的仪表 ,使得保温阶段 能够自动 ,但这两种方法的升温过程都是依赖于试验者的调节 ,并不能精确的按照给定的升降温速度来调节。本文提出的以参数自整定 PID 控制为基础的温控系统简单、可靠 ,大大提高了控制质量及自动化水平 ,具有良好的经济效益。 电炉是一种具有纯滞后的大惯性系统，开关炉门、加热材料、环境温度以及电网电压等都影响控制过程，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；智能控制器；自整定； 模糊 PID；可控硅 nts Abstract Temperature is controlled in heat treatment craft , is a very important link . Control the quality that the precision is influencing product quality directly. Laboratory according to to cook system come output voltage to regulate electric stove in order to realize the temperature control of the electric stove material personnel. The general one has two kinds of methods : First manual to transfer law of keeping, second kind of control method adopt the two-way silicon controlled rectifier device in the main return circuit, combine some simple instrument, so as to keep warm stage can automatic , but two intensification of method these course regulation to depend on experimenter, can not accurate warm pace is regulated according to designated rise or fall. Whom this text put forward since whole PID control until temperature-controled system of foundation simple , reliable definitely with parameter, improve quality and automatic level of controlling greatly, have good economic benefits. Electric stove whether one have pure great inertia system that lag behind, turn on or off furnace gate , heat material , ambient temperature , electric wire netting voltage ,etc. influence the course of controlling, the traditional heating furnace control systems are mostly set up on the basis of certain model, it is difficult to guarantee the heating technological requirement. So this text will control algorithms to introduce the traditional heating furnace control system and form the fuzzy control system of intelligence fuzzily . This text with fuzzy whole PID control algorithm for the foundation , design the control system taking 8031 one-chip computers as main body to control the electric stove definitely, forming one can carry on more complicated data processing and complicated intellectual controller which control the function , make it can both cooperate with computer and form the control system and be as an independent one-chip computer control system, have higher flexibility and dependability. One-chip computer according to various order that input , carry on intelligent algorithm the controlling value, output the pulse and touch off the signal, trigger circuit and drive the two-way silicon controlled rectifier through zero, thus heat the electric stove . Whom this text put forward whole PID control control system of the algorithm have real intelligent and flexibility definitely on the basis of a fuzzy one, have automatic detection , data gather , deal with and control result person who reveal function in real time, have better meanings in the control precision which improves the temperature of electric stove. Keyword： Electric stove； One-chip computer； Intellectual controller； Since exactly fix； Fuzzy PID；Silicon controlled rectifier nts 第 1 章 绪论 1.1 引言 电炉是热处理生产中应用最广的加热设备，通过布置在炉内的电热元件将电能转化为热能 ,借助辐射与对流的传热方式加热工件。通常可用以下模型定性描述 02 tKVXdtdXT （ 1-1）式中 X 电炉内温升（指炉内温度与室温温差 ) K 放大系数 t 加热时间 T 时间系数 V 控制电压 0 纯滞后时间 但在实际热力过程中，由于被加热金属的导热率、装入量以及加热温度等因素的不同，直接影响着 K 、 T 、 0等参数的变化，因此电炉本身具有很大的不确定性。 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。 根据不同的目的，将材料及其制件加热到适宜的温度。 1.2 控 制器发展现状 1.2.1 PID 控制器的发展现状 在过去的 50 年，调节 PID 控制器参数的方法获得了极大的发展。其中有利用开环阶跃响应信息，如 Coon-Cohen 响应曲线法；还有使用 Nyquist 曲线法的，如Ziegler-Nichols 连续响应法。然而这些调节方法只识别了系统动态信息的一小部分，不能理想的调节参数。随着计算机技术的发展，人们利用人工智能的方法将操作人员的调整经验作为知识存入计算机中，根据现场实际情况，计算机能自动调整 PID 参数。这样能实现自动调整、短的整定时间、简便的 操作，改善响应特性而推动了自整定 PID控制技术的发展。 自整定技术可追溯到 50 年代自适应控制处于萌芽时期， 60 年代国外有人设计了一种自动调节式的过程控制器，因其价格高、体积大、可靠性差而未能商品化。 80 年代由于适用的控制理论的完善以及高性能微机的使用，才使得自整定控制器得以开发，PID 控制器参数的自动整定技术设想已慢慢实现。 电炉温度控制技术发展日新月异，从模拟 PID、数字 PID 到最优控制、自适应控制，再发展到智能控制，每一步都使控制的性能得到了改善。在现有的电加热炉温度控制方案中， PID 控制和模糊控制应用最多，也最具代表性。 nts 1.2.2 模糊 PID 控制 模糊控制的概念是由美国加利福尼亚大学著名教授 L.A.Zaden 首先提出的，经过20多年的发展，模糊控制取得了瞩目的成就。模糊控制适用于非线性、数学模型不确定的控制对象，对被控对象的时滞非线性和时变性具有一定的适应能力，同时对噪声也有较强的抑制作用，即鲁棒性较好。但模糊控制器本身消除系统稳态误差的性能比较差，难以达到较高的控制精度。而 PID 控制正好可以弥补其不足，近年来已有不少将模糊技术与传统技术结合起来设计模糊逻辑控制的先 例。在文献中介绍了多种能提高 PID控制精度的模糊 PID 混合控制方案，例如：引入积分因子的模糊 PID 控制器；混合型模糊 PID 控制器；另外将其与其它先进控制技术结合又有模糊自适应 PID 控制、神经网络模糊 PID 控制等。 1.2.3 模糊自整定 PID 控制 模糊自整定 PID 控制是在一般 PID 控制系统的基础上，加上一个模糊控制规则环节，利用模糊控制规则在线对 PID 参数进行修改的一种自适应控制系统。它以误差 e和误差变化 ec作为输入，可以满足不同时刻的 e和 ec对参数自整定的要求。它将 模糊控制和 PID 控制器两者结合起来，扬长避短，既具有模糊控制灵活而适应性强，调节速度快的优点，又具有 PID 控制无静差、稳定性好、精度高的特点，对复杂控制系统和高精度伺服系统具有良好的控制效果。 图 1-1 模糊自整定 PID 控制 1.3 电炉采用模糊自整定 PID 控制的可行性 在工业生产过程中，电炉随着负荷变化或干扰因素的影响，其对象特性或结构发生改变。电炉温控具有升温单向性、大时滞和时变的特点，如升温靠电阻丝加热，降温依靠自然冷却，温度超调后调整慢，因此用传统的控制方法难以得到更好 的控制效果。另外对于 PID 控制，若条件稍有变化，则控制参数也需调整。 自适应控制运 用现代控制理论在线辨识对象特征参数，实时改变其控制策略，使控制系统指标保持在最佳范围内。但由于操作者经验不易精确描述，控制过程中各种信号量以及评价指标不易定量表示，而模糊理论正是解决这一问题的有效途径。 人们运用模糊数学的基本理论和方法，把规则的条件操作用模糊集表示并把这些模糊控制规则及有关信息 (如评价指标、初始 PID 参数等 )作为知识存入计算机知识库中，nts 然后计算机根据控制系统的实际响应情况运用模糊推理，实现自动对 PID 参数的最佳调整。 从以上的分析可知模糊自整定 PID 控制应用在具有明显的纯滞后、非线性、参数时变类似于电炉这样特点的控制对象可以获得很好的控制性能。大量的理论研究和实践也充分证明了用模糊自整定 PID 控制电炉温度是一非常好的解决方法。它不仅能发挥模糊控制的鲁棒性好、动态响应好、上升时间快和超调小的特点，又具有 PID 控制器的动态跟踪品质和稳态精度。因此在温度控制器设计中，采用 PID 参数模糊自整定复合控制，实现 PID 参数的在线自调整功能，可以进一步完善 PID 控制的自适应性能，在实际应用中也 取得了较好的效果。 nts 第 2 章 模糊自整定 PID 控制器的设计 模糊自整定 PID 控制是在一般 PID 控制系统的基础上，加上一个模糊控制规则环节，利用模糊控制规则在线对 PID 参数进行修改的一种自适应控制系统。它以误差 e和误差变化 ec作为输入，可以满足不同时刻的 e和 ec对参数自整定的要求。它将模糊控制和 PID 控制器两者结合起来，扬长避短，既具有模糊控制灵活而适应性强的优点，又具有 PID 控制精度高的特点，对复杂控制 系统和高精度伺服系统具有良好的控制效果。 2.1 模糊推理机的设计 模糊控制器是应用模糊数学知识，模拟人的思维方法，把人用自然语言描述的控制策略改造成模糊控制规则，由模糊控制规则构造出模糊关系，而把模糊关系作为模拟变换器，把输入、输出的模糊向量按模糊推理方法处理，进而确定控制量。 2.1.1 模糊推理机的结构 在一般的模糊控制系统中，考虑到模糊控制器实现的简易性和快速性，通常采用二维模糊控制器结构形式。这类控制器都是以系统误差 E和误差变化率 EC为输入语句变量，基本模糊控制器构成原理图如图 2-1所 示。 图 2-1 基本模糊控制器结构原理图 图中： EK、 CEK、 UK 是量因子；E、EC、U差 e、误差变化率 ec 及控制量 u 的模糊语言变量； E、 EC、 U 分别是与 e、 ec及 u成比例的变量，其中 E = EK e， EC = CEK ec ， U =u/ UK 。 2.1.2 模糊推理机的设计 依据模糊控制的基本原理，基本模糊控制器设计概括起来包括如下内容： (1) 精确量的 模糊化； (2) 建立模糊控制规则和模糊关系； (3) 输出信息的决策。 精确量的模糊化 nts 过程参数的变化范围即模糊控制器输入量的实际范围称为基本论域，它是一个连续域，在模糊控制中需要将语言变量的基本论域转换成指定的有限整数的离散论域。假设某一语言变量的实际变化范围为 a1， b1，经过量化因子 k 变换后的范围为a,b=ka1,kb1。设论域取为离散论域 -n， n之间变化的变量 Y为 22 baXab nY(2-1) 按 Y 值大小，查隶属度赋值表，将其归类于某一模糊子集 (如正大、负小等 )。模糊子集通常可作如下划分：负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。 模糊变量的模糊集和论域确定后，需对模糊语言变量确定隶属函数，即所谓对模糊变量赋值，就是确定论域内元素对模糊语言变量的隶属度。对于同一个模糊概念，确定隶属函数的方法多种多样，没有统一的模式。尽管形式上不完全相同，只要反映同一模糊概念，在解决和处理模糊问题中仍然殊途同归。隶属函数形式有多种，可根据实际要求来 确定。在实际应用中为方便起见，常采用三角形、正态形、梯形。隶属度赋值表是先根据实际问题人为确定，再通过“学习”和实践检验逐步加以修正和完善的。在给定论域上确定模糊子集的隶属函数要注意下面 3 个问题： (1) 任意两个相邻模糊子集的交集的最大隶属度在 0.4 0.7 之间。这个值取的较小时控制作用比较灵敏；较大时，对被控对象参数变化的适应性较强。 (2) 若 A 是一个模糊子集，如果 ini AU1 较大，则控制特性比较平缓，系统较为稳定；若 ini AU1 较小，则控制作用的灵敏度较高。 (3) 为了保证控制作用的隶属函数是单峰的，诸模糊子集必须正规突。 建立模糊控制规则和模糊关系 模糊控制规则设计原则是：当误差较大时，控制量的变化应尽力使误差迅速减小；当误差较小时，除了要消除误差外，还要考虑系统的稳定性，防止系统产生不必要的超调，甚至振荡。 模糊控制规则的一般形式为 ifEis iE, cEis jCthen Uis ijU(i =1,2, 1m ;j =1,2, 2m ) 其中：iE,jC,ijU是模糊子集；E表示被控量的设定值 Rf 对其实际值 Y 的偏差 YRe f 所对应的模糊子集； cE 和 U 表示偏差变化率 ec和输出控制量的模糊子集；m1 和 m2 分别是E和 cE的模糊子集划分数目。 上述模糊条件语句可归结为一个模糊关系 R，即 ijijjiUDUCER (2-2) 式中 jij CED 符号“”表示“ Cartesian”积 如果偏差、偏差变化率分别取为 E和C，根据模糊推理合成规则，输出的控制量是模糊子集 U，那么 RCEU (2-3) nts 即 yxzyxZ CERYy XxU , (2-4) 式中 X， Y， ZE，cE，U模糊子集的论域 “ ”和“ ” “取大”和“取小”运算 输出信息的模糊决策 模糊控制器的输出是模糊子集，它反映控制语言的不同取值的一种组合。但被控对象只能接受一个精确的控制量，因此需要从输出的模糊子集中判决出一个控制量，将模糊量转化为精确量，也就是说推导出一个由模糊子集到普通集合的映射，这个映射称之为判决。现在的解模糊判决方法通常有以下三种：最大隶属度法、取中位数法、隶属度加权平均法等。最大隶属度法是直接选择模糊子集中隶属度最大的元素 (或该模糊子集隶属度最大处的真值 )作为控制量。它能突 出主要信息，计算简单，但丢失了很多次要的信息，比较粗糙，适应于控制性能要求一般的控制系统。 论域 U 上把隶属函数曲线与横坐标围成的面积平分为两部分的元素 Z*称为模糊集的中位数。中位数法就是把模糊集中位数作为系统控制量。与最大隶属度法相比教，中位数法概括了更多的信息，但计算复杂，特别是在连续隶属函数时，需求解积分方程，因此应用场合比加权平均法少。 加权平均法是糊模控制系统中应用极为广泛的一种判决方法。这一方法有三种形式，即普通加权平均法，权系数加权平均法和 0.5加权平均法。 本设计采用普通加权平均法 设 rr uuuuuuU , 2211 模糊集，取各隶属度为加权系数，则控制量 U 由下式决定 njjniiiuuuU11(2-5) 2.2 模糊自整定 PID 控制器 这种智能 PID 模糊控制器分两步整定 PID 参数。第一步，初始 PID 参数的整定：先测定被控对象参数的粗略值，应用初值整定规则确定 PID 的初始值；第二步， PID 参数的在线整定：监测控制系的响应过程， 将其模糊化，综合用户期望、控制目标类型、对象参数等，运用模糊推理自动进行 PID 参数的在线整定。 2.2.1 PID 参数对 PID 控制性能的影响 PID 控制器时域内的控制模型为 011 dttdeTdtteTteKtu Dp(2-6) 计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量， PID 控制作用的离散化形式一般表示为 nts 111 kekeKieKkeKku Dkip(2-7) 增量形式为 2-k1-k2kk1-kekeku1 eeeKeKK Dp (2-8) 式中 KP 比例系数 KI 积分系数， KI = KPT/TI KD 微分系数， KD = KPTD/T ， T 为采样周期 TI 积分时间 TD 微分时间 e(k)第 k 次采样时刻输入的偏差值 由于 KP、 KI、 KD是表征 PID 控制器在控制过程中的比例、积分、微分作用的程度，因此从系统稳定性、响应速度、超调量和控制精度等各方面特性来考虑 PID 控制器三个参数对 PID 控制品质的影响。 比例控制的特点是：误差一旦产生，控制器立即就有控制作用，使被控制量朝着减小误差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数 KP，比例系数 KP的作用是加快系统的响应速度，提高系统的调节精度。 KP越大，系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，但易产生超调，甚至会导致系统不稳定； KP取值过小，则会降低调节精度，使系统动作缓慢，延长调节时间，使系统静、动态特性变坏。 积分作用系数 KI能消除系统的稳态误差，但它的不足之处在于积分作用具有滞后特性。 KI越大，静态误差消除越快，但 KI过大，在响应初期会产生积分过饱和现象，从而引起响应过程的较大超调，系统将不稳定。若 KI太小，系统静态误差难以消除，影响系统的调节精度。 微分作用系数 KD是改善系统的动态特性，主要在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化，对偏差变化进行提前预报。但 KD过大，会引起较大的超调，使被调量激烈振荡，系统不稳定，延长调节时间，降低系统的抗干扰性能；若 KD太小，微分作用太弱，调节质量改善不大。 综上所述， PID 三个参数取值大小，对控制系统的静态特性和动态性能影响很大，KP、 KI、 KD三个参数的整定要根据控制对象的数学模 型 G(s)的参数来确定。对于非线性负载和时延、时变负载，以及难以用 G(s)描述的负载，这三个参数的整定就很困难，因此我们在基于其它方法 (例如 SPAM 法等 )整定出来的 KP、 KI、 KD初值的基础上，采用模糊自调整机构在线调整 PID 参数，从而达到抑制大范围的扰动，改进系统动态响应性能的目的。 2.2.2 模糊自整定 PID 控制器 模糊自整定 PID 控制器原理图如图 2-2 所示。 图 2-2 模糊自整定 PID 控制 nts 模糊自整定 PID 控制是在一般 PID 控制系统的基础上，加上一个模糊控 制规则环节，利用模糊控制规则在线对 PID 参数进行修改的一种自适应控制系统。它以误差 e和误差变化 ec作为输入，可以满足不同时刻的 e和 ec对参数自整定的要求。它将模糊控制和 PID 控制器两者结合起来，扬长避短，既具有模糊控制灵活而适应性强，调节速度快的优点，又具有 PID 控制无静差、稳定性好、精度高的特点，对复杂控制系统和高精度伺服系统具有良好的控制效果。 2.3 模糊自整定 PID 控制算法 针对电炉温度控制，将采样得到的温度信号与系统的温度设定值进行比较，得到温度误差 e、温度误差变化 ec，根 据电炉温度变化实际情况参考前面的模糊自整定 PID 控制器设计方法，将它们变化到模糊论域。 温度误差 e、温度误差变化 ec和 KP 、 KI 、 KD的修正系数的模糊子集为 e ec 负大、负中、负小、零、正小、正中、正大 NB， NM， NS， ZO， PS， PM， PB kp ki kd 负大、负中、负小、零、正小、正中、正大 NB， NM， NS， ZO， PS， PM， PB 并将温度误差 e、温度误差变化 ec的大小量化为 13 个等级，分别表示为 -6， -5， -4，-3， -2， -1， 0， 1， 2， 3， 4， 5， 6，则论域 E 和 EC 为 E EC -6， -5， -4， -3， -2， -1， 0， 1， 2， 3， 4， 5， 6 将 kp 、 ki、 kd 的大小量化为 11 个等级， kp 的论域为 -1.5， -1.25， -1.0，-0.75， -0.5， 0.25， 0， 0.25， 0.5， 0.75， 1.0， 1.25， 1.5。 ki、 kd 的论域为 -0.3， 0.25， 0.2， 0.15， 0.10， 0.05， 0， 0.05， 0.10， 0.15， 0.20， 0.25， 0.3。 上述变量的隶属函数曲线图如 图 2-3 如示，隶属度函数按三角分布，三角函数解析式如公式 (2-9) 图 2-3 隶属函数曲线 cxorbxcxaaxbacxcbabxx0 (2-9) nts 模糊变量 E 、 EC的赋值表如下表所示。 表 2-1 模糊变量 E 、 EC的赋值表 模糊变量 KP 、 KI 、 KD的赋值情况如图 2-4， 2-5所示。 图 2-4 模糊变量 kp 的赋值 图 2-5 模糊变量 ki = kd 的赋值 PID 参数的整定需要考虑在不同时刻 3 个参数的作用以及相互之间的关系。对于电阻炉温控制，由 PID 控制器 3 个参数的控制特点，被控过程对参数的自整定要求可简单地总结如下： 当 E 较大时，为使系统具有较好的快速跟踪性能，应取较大的 KP 与较小的 KD，同时为避免系统响应出现较大的超调，应对积分作用加以限制，这样积分作用有利于消除稳态误差，又可避免产生较大超调。 当 E 处于中等大小时，为了使系统响应具有较小的超调， KP 应取得小些； KI 和 KD的大小要适中，以保证系统的响应速度，其中 KD的取值对系统响应 的影响较大。 当 E 较小时，为使系统具有较好的稳态性能，均应取得大些，同时为避免系统在设定值附近出现振荡，并考虑系统的抗干扰性能， 当 EC较小时， KD值可取得大些，通常取为中等大小； 当 ec 较大时， KD应取小些。 根据输入变量 E 和 EC 及模糊控制规则，按照模糊合成算法，采用最大隶属度方法，再经过人工修整，得到 KP 、 KI 、 KD的模糊规则表分别如表 2-2， 2-3， 2-4所示。 nts 表 2-2 KP的模糊规则表 然后选用加权平均的判决方法将控制量由模糊量变为精确量。利用上章介绍的加权平均法解模糊方法，编好程序，作为“文件”存储在计算机中。当进行实时控制时，便根据输出的信息，从“文件”中计算控制量，计算出修正参数代入下式计算 DiiDDIiiIIPiiPPECEKKECEKKECEKK,000 (2-10) 将 (2-10)算得的 PID 控制的 3 个参数带入 PID 控制模型得到控制量 u 11 kekeKieKkeKku DkiIP(2-11) 表 2-3 KI的模糊规则表 表 2-4 KD的模糊规则表 nts 2.4 模糊自整定 PID 控制器性能的研究 为了便于比较模糊自整定 PID 控制器与常规 PID 控制器的性能差别，选择典型二阶纯滞后对象作为模型，改变模型参数，利用 Matlab 仿真，观察分析二种控制方式的阶跃响应曲线及二者之间差异。 二阶纯滞后惯性环节的模型为 11 21 STST KesGST d (2-12) 其中，增益系数 K=4。分别改变模型的惯性时间常数和纯滞后时间，分析在三种控制方式下，它们对系统特性的影响。取设定值 SP=50 ， KP0 = 0.4， KI0 = 0.07 ， KD0 =0.06，这组调节系数是在常规 PID 控制方式下，被控对象的惯性时间常数 T1 =1、 T2 = 4，纯滞后时间 Td = 0时系统的整定参数。 2.4.1 Matlab 仿真结构图 在 SIMULINK中，建立 PID控制器仿真图如图 2-6所示，并将它封装为 PID子模块。 图 2-6 PID控制器仿真结构图 利用模糊控制工具箱中的 Fuzzy Logic Controller 模块，将它和 PID子模块连接 起来可以封装成为 Fuzzy-PID控制器，结构如图 2-7所示。 图 2-7 Fuzzy-PID仿真结构图 nts 将 Fuzzy-PID控制器加入到控制系统的模型中，并对其运用 Smith 预估器进行补 偿校正，从而得到整个控制系统的模型，如图 2-8所示。然后就可以根据输出结果 来判断控制器的性能。通过对输出结果的分析，可以对系统参数和模糊控制器的控 制规则进行适当的 调整，使控制系统的性能达到最佳。 图 2-8 参数自整定模糊 PID 控制系统和传统 PID 控制系统 在 MATLAB 环境中运行该系统进行仿真，可以利用示波器观察输出的情况，也可以将数据存储到 MATLAB 的工作空间的指定变量中，再利用绘图命令将曲线输出到单独的窗口中。 2.4.2 惯性时间常数的影响 保持对象增益和纯滞后时间不变，分别取三组惯性时间常数作特性比较，观察系统对被控对象惯性时间变化的能力。 纯滞后时间 Td = 2 图 2-11 常规 PID控制特性曲线 nts 图 2-12 模糊自整定 PID控制特性曲线 图中，曲线 1、 2、 3 分别为被控对象惯性时间常数 T1 =1， T2 =4； T1 = 3， T2 = 8；T1 = 5， T2 =12的特性曲线 对比图 2-11 和 2-12 可以看出： 模糊自整定 PID 控制特性曲线的超调很小，控制精度和动态特性优于常规 PID 控制，但上升时间改善不多。 对于对象的性时间常数的变化，模糊自整定 PID 控制器明显比常规 PID 控制器适应能力比强。 惯性时间常数 T1 =1， T2 =4的被控对象的特性曲线不理想。 2.5 仿真结果分析 根据前面的仿真实验和仿真分析，可以总结出以下几点结论： (1) 模糊自整定 PID 控制对惯性时间常数变化的适应能力比常规 PID控制强； (2) 模糊自整定 PID 控制的动态特性、控制精度比常规 PID 控制好； (3) 模糊自整定 PID 控制系统比常规 PID 控制系统的稳定性好； 2.6 本章小结 本章基于模糊和 PID 控制原理给出了模糊自整定 PID 控制器的具体实现方法，利用模糊控制规则在线对 PID 参数进行修改。其基本设计思想是将模糊决策理论和 PID 控制结合起来，发挥两者的优点， 满足不同时刻的 e 和 ec 对参数自整定的要求。并用 MATLAB 编程实现了 PID 控制和模糊自整定 PID 控制器的性能比较，给出了仿真曲线，说明了模糊自整定 PID 控制器响应特性优于 PID 控制。 nts 第 3 章 系统硬件和电路设计 3.1 引言 电炉是热处理生产中应用最广的加热设备，其本身是一个较为复杂的被控对象，虽然可用以下模型定性描述它 1TsKesG s （ 3-1） 式中 K 放大系数 T 时间系数 纯滞后时间 但在实际热力过程中，由于实际工况的复杂性 (加工工件的材质、初温、升温、幅度规格、装炉量以及电气环境等因素 )，使得上述数学模型偏离实际情况相当严重，本文将在具有在线自调整功能模糊自整定 PID 控制器基础上设计一个炉温控制系统，以期较理想地解决被加热物件透烧过程的测量与控制。 3.2 系统的总体结构 控制系统组成框图如 图 3 1 所示。 图 3 1 电炉温度控制系统 nts 3.3 温度检测电路 温度检测是温度控制系统的一个重要的环节，直接关系到系统性能。在微机温度控制系统中，温度的检测不仅要完成温度到模拟电压量的转换，还要将电压转换为数值量送计算机。其一般结构如图 3 2所示。 图 3 2 温度数字检测的一般结构 3.3.1 温度传感器 温度传感器将测温点的温度变换为模拟电压，其值一般为 mV 级，需要放大为满足模 /数转换要求的电压值。微机通过控制把电路电压送到模 /数转换器进行 模 /数转换，得到表示温度的电压数字量，再用软件进行标度变换与误差补偿，得到测温点的实际温度值。 温度传感器种类繁多，但在微机温度控制系统中使用得传感器，必须是能够将非电量变换成电量得传感器，此次设计中选用的是热电偶传感器，热电偶传感器是工业温度测量中应用最广泛得一种传感器，具有精确度高、测量范围广、构造简单、使用方便等优点。热电偶是由两种不同材料得导体 A 和 B 连接在一起构成得感温元件，如图 4 3所示。 A 和 B 得两个接点 1 和 2 之间穿在温度差时，回路中便产生电动势，形成一定大小得电流，这种现象称为热电效应，也叫温差 效应。热电偶就是利用这个原理测量 温度的。 图 3 3 热电偶测温原理图 3.3.2. 测量放大器的组成 测量放大器的基本电路如图 3 4所示。 图 3 4 测量放大器的原理图 nts 测量放大器由三个运算放大器组成，其中 A1、 A2 两个同相放大器组成前级，为对称结构，输入信号加在 A1、 A2的同相输入端从而具有高抑止共模干扰的能力和高输入阻抗。差动放大器 A3为后级 ,它不仅切断共模干扰的传输 ,还将双端输入方式变换成单端输出方式 ,适应对地负载的需要。 测量放大器的放大倍数用下面公式计算 GGI RRRRRRUUG 11230 1 （ 3-2） 式中，GR为用于调节放大倍数的外接电阻，通常GR采用多圈电位器，并靠近组件，若距离较远，应将联线胶合在一起，改变GR可使放大倍数在 1 1000范围内调节。 3.3.3 热电偶冷端温度补偿方法 用热电偶测量温度时，热电偶的工作端（热端）被放置在待测温场中，而自由 端（冷端）通常被放在 0的环境中。若冷端温度不是 0，则会产生测量误差，此时要进行冷端补偿。冷端补偿方法较多，在本次的设计中我们采用的冷端温度补偿为电桥式冷端补偿。 对与冷端温度补偿器，在工业上采用如图 3 5所示补偿电桥的冷端补偿电路。 图 3 5 热电偶冷端温度补偿电桥 图中所示的补偿电桥桥臂电阻 R1、 R2、 R3和 RCu通常与热电偶的冷端置于相同的环境中。取 1321 RRR，用锰铜线绕成； RCu是用铜导线绕制成的补偿电阻。 RS是供桥电源 E的限流电阻， RS由热电偶的类型决 定。若电桥在 20时处于平衡状态。当冷端温度升高时， RCu补偿电阻将随之增大，则电桥 a、 b两点间的电压 Vab也增大，此时热电偶温差电势却随冷端温度升高而降如果 Vab 的增加量等于热电偶温差电势的减小量，则热电偶输出电势 VAB的大小将保持不变，从而达到冷端补偿的目的。 3.4 多路开关的选择 在本次的设计中，我们的温度传感器有 10 个，因此，我们采用了一种 16 的多路开关，以实现对 10个温度传感器的巡回检测。 CC4067 是单片 . CMOS.16 通道 .模拟多路转换器。该电路包括 16 选 1 的译码器和译码器的输出分别控制的 16 个 CMOS 双向开关，通道的输出状态由电路外部输入的地址A.B.C.D所决定。 CC4067 可用模拟信号或数字信号去控制模拟开关的接通或断开，具有低的导通电阻nts 和高的断开电阻，所控制的模拟信号最大峰值为 15V，而数字信号的幅度 3V-5V . CC4067芯片具有禁止端 inh。当禁止时， inh=1，这时所有的双向开关均不接通，在公共端呈现高阻抗。 CC4096是双路。 8通道模拟多路转换器，其他性能均与 CC4067相同。 属于这类模拟多路转换器由 AD公司的 AD7506和 FS公司的 F4067。 1、主要性能 CMOS工艺制造；直接驱动 DTL/TTL/CMOS电平；单路、 16选 1模拟多路转换器；具有双向转换功能；单电源供电；标准 24引脚 DIP 封装；功耗： 1.5mW；开关接通电阻：180欧（ typ） ;开关接通时间： 1.5us(max);开关断开时间： 1us(max). 2、 CC4067引脚图示与图 3 6 。 242322212019181716151413Vdd89101112131415inhCD123456789101112OUT/ININ/OUT76543210ABVssIN/OUT图 3 6 3、 CC4067功能框图如图 3 7所示。 1 6 选1 译码器禁止i n h地址A 、B 、C 、D图 3 7 3.5 A/D转换器的选择及连接 nts 5G14433 是我国制造的 31/2 位模 /数变 换器，是目前市场上广泛流行的最典型的双积分模 /数变换器。该芯片具有抗干扰性能好、转换精度高、自动校零、自动极性输出、自动量程控制信号输出、外接元件少、价格便宜等特点。因此广泛应用在低速微控制器应用系统，智能仪表和数字三用表等领域。 5G14433 与国外型号 MC14433 兼容。 5G14433的外部连接电路 尽管 5G14433 外部连接元件很少，但为使其工作于最佳状态，也必须注意外部电路的连接和外接元件的选择，其实际连接电路如图 3 8所示。为了提高电源抗干扰的能力，正，负电源分别通过去耦电容 0.047uF、 .0.02uF 与 Vss（ VAG）相连。图中 DU端和 EOC端短接，以选择连续转换方式，使每一次转换的结果都输出。 图 3 8外部连接电路 当 C1=0.1uF， VDD=5V， fCLK=66KHz时，若 Vxmax=+2V，则 R1=480K；若 Vxmax=+200mV，则 R1=28K。 外接失调补偿电容固定为 0.1uF。外接时钟电阻 Rc=470 K时， fLCK 66KHz;当 Rc=200K 时， fLCK=140KHz。实际电路中一般取 Rc=300 K 。 3.6 单片机系统的扩展 3.6.1 系统扩展概述 MCS 51 系列单片机的功能较强，从一定意义上说，一块单片机就相当于一台单片机的功能。这就使得在智能仪器、仪表、小型检测及控制系统、家用电器中可直接应用单片机而不必再扩展外围芯片，使用极为方便。但对于一些较大的应用系统来说，单nts 片机片内所具有的功能将显得不足，这时就必须在片外连接一些外围芯片。这些外围芯片，既可能是存储器芯片，也可能是输入 /输出接口芯片。 1. 系统的扩展一般有以下几方面的内容： 外部程序存储器的扩展； 外部数据存储器的扩展； 输入 /输出接口的扩展； 管理功能器件的扩展（ 如定时 /计数器、键盘 /显示器、中断优先编码等）。 2. 系统扩展的基本方法： 使用 TTL 中小规模集成电路进行扩展。这是一种常用的简单扩展方法。根据微机系统与总线相连应符合“输出锁存、输入三态”的原则，可以选用 TTL 锁存器作为输出口，三态门作为输入口。例如，可以采用 74LS273、 74LS373、 8282、 8283 等器件作为具有锁存功能的输出口。选用 8282、 8287、 74LS244、 74LS245 等器件作
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号