φ600×6000转筒烘干机传动系统设计【说明书+CAD】
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毕业设计文献翻译 院（系）名称工学院机械系 专业名称机械设计制造及其自动化 学生姓名李庆森 指导教师闫存富2012年 03 月 10 日 黄河科技学院毕业设计（文献翻译) 第 6 页 基于模糊PID的温度控制系统设计摘要：智能控制系统的温度设计是为了满足温度的工艺曲线的要求。在该系统中，模糊规则用来调节PID控制器的参数，调整PID控制器用于控制温度的变化。该系统可以避免常见的PID的缺点，比如设置时间长，宽超调，并获得更好的控制特性。本文重点阐述了它的原理与控制方法，介绍了硬件结构和软件流程图。关键词：智能控制，PID控制器，温度设计引言在冶金行业和机械工程中，温度是最重要的参数之一。在不同的场合中，精度和速度需求的温度控制也有所不同。在一些场合中，控制的要求很简单，只需要控制变量。但是，在更多的场合中，温度应满足工艺曲线的要求。在后者，实时测量和控制温度是非常有必要的。计算机控制因其突出的成本低的优势被广泛地应用于温度的实时控制，因此单片机被广泛的利用。这种方法被广泛应用在温度控制系统中。但在实践中，许多工程系统特点，如延迟滞后、强耦合、时变，导致PID系统控制不能达到显著的结果。如果采用模糊控制与PID控制配合使用，那么这个控制系统就会很好地工作。本文设计了一种智能的基于模糊PID控制器的温度控制系统。模糊温度控制器的原理PID方法因其突出的优势而被广泛应用于温度控制系统。PID控制系统有三个基本控制方法，他们分别是比例控制、积分控制和倒数控制。每个功能的控制方法是不同的。每个基本控制方法，不仅可以单独使用，也可结合起来使用。在PID控制系统中，这三个控方法是相结合使用的。PID控制系统具备三个基本控制方法的优点。PID控制系统是可以改进的，例如系统的稳态性能、动态性能和稳定性。 在数字系统中，PID算法有两个表达式： （1） （2）在上述公式中，E（k）是第k个样本的偏差，P（k）是第k个输出的控制样本，为比例系数，是积分系数，是微分系数。方程（1）称为位置控制算法。方程（2）命名为增量算法。因为大的突然变化量是不允许在制造过程中的，因此方程（2）被广泛应用于数字算法中。但是在实践中，许多工程系统存在滞后、强耦合、时变等特点。假如我们只使用普通的控制系统，工程系统会存在一些诸如设置时间长、宽超调和一些不易确定的PID系数的缺点。为了获得更好的控制特性，在我们的工作中模糊理论被用于调整PID实时系数。调整方法为方程（3）所示。其中，为调整比例系数，是调整积分系数，是调整微分系数，是调整后的比例系数，是调整后的积分系数，是调整后的微分系数。是调整比例系数，是调整积分系数，是调整微分系数。=+E;=+E;=+E. (3)要调整三个系数的实时性，建立三个一对一的模糊系统是非常必要的。我们只需描述基础过程中的一个模糊系统，过程如下：偏差（E）和差额偏差（DE）被选定为模糊系统的输入值。根据每一个输入值，PB、PM、PS、ZO、NS、NM和NB被选定为模糊集合。型曲线被选为隶属函数，它与给出的模糊集映射在一起。调整系数PID系数是一个选中的输出值。模糊集包含7个变量，如PB，PM ，PS，ZO，NS，NM和NB。输出的函数是高斯函数。模糊系统的核心是采用模糊规则制定模糊逻辑语句。每个规则都是专家通过知识设计的。规则的设计原则是：如果绝对值大，调整系数导致减少偏差是有可能的。加快反应速度，应该避免较大；过饱和度，应较小；避免较大的超调与积分饱和，为零是正常的。如果绝对值在中间，那么就有必要改变调整系数，增加或减少强度的控制，因此，应避免或减少过冲和振荡。如果绝对值小，系数应该是稳定的。模糊规则，如表1所示。表1模糊规则差额偏差（DE）NBNMNSZOPSPMPB偏差量（E）NBNBNBNBNBNMNSZONMNBNBNMNMNSZOZONSNBNMNMNSZOZOPSZONMNSNSZOPSPSPMPSNSZOZPPSPMPMPBPMZOZOPSPMPMPBPBPBZOPSPMPBPBPBPB系统的硬件结构模糊PID控制器可以用很多方式实现。以特殊的模糊逻辑芯片和开发工具作为平台，其优点是精度高、速度快，缺点是成本高、较少机动性。另一种广泛使用的方法是使用单片机作为硬件平台，因为其突出的成本低的优势。考虑到成本的原因，单片机被用来作为系统的硬件平台。C8051F系列单芯片处理器是兼容微处理器核心和指令为一体的单片机。他们不仅具有标准的外部设备，而且还集成了更多的设备。模拟模块的设备，经常使用在数据采集和控制系统中，及其他包括数字的外部设备中。C8051F系列芯片具有独立与真实的工作能力，并且可以有效地管理模拟和数字外部设备。为了节约能源，一个或多个外部设备可以关闭。快闪记忆体有能力重启程序，它不仅可以被用来作为程序存储器，也可以用来作为数据存储器。与传统的MCS-51单片机相比，该性能已得到提高，而且其运行速度也得到加快。考虑模糊控制器的实际需求，C8051F020系列的单芯片被选定为核心处理器。该系统的硬件结构如图1所示。在没有外部数模和模数转换器的使用下，集中在单一芯片上的模数转换器和数模转换器能满足实际需求。前端电路（包括前置放大器和滤波器）用于放大温度传感器信号和过滤信号中的噪声。输出控制电路可以充当放大、分离和配合等动作元素。动作元素实现了能量转换的功能，电能转换为机械能，然后驱动控制装置。PDIUSBD11是接口芯片的接口，在C8051F020单片机的配合下实现了功能接口。通过PDIUSBD11控制器可以交换数据和信息的便携式内存。通过保存温度数据功能和输出数据的温度，可以实现参数的调节与控制。图1 系统的硬件结构为了获得友好的人机交互，键盘，液晶显示设备，微型打印机，蜂鸣器和指示灯在系统中使用，6个功能键，数字键（0-9），负标志和关键小数点都被包括在特别设计的键盘里。通过键盘，用户可以修改数据和设置参数。液晶显示设备具备实时监控的功能。通过显示器和键盘，实现人机交互功能。微型打印机可以打印温度曲线和控制记录。当温度超过预定的范围，蜂鸣器和指示灯会报警。系统软件设计模块化的设计思想应用于系统的软件设计，软件系统由功能可分为四个模块。温度信号采集模块。A/D转换器用来转换系统的模拟数字量。数字滤波器用于对信号中的噪声进行滤波处理。控制模块的输出模块。根据样本数据和用户设定值，模糊PID控制法产生的数值可以被转换成模拟的D/A转换器。数据交换模块。通过PDIUSBD11接口芯片，实现C8051F020和便携式记忆的互换。人机交互模块。这种模块包括四种项目。他们分别是键盘处理程序，液晶显示驱动程序，打印机驱动程序，蜂鸣器和指示灯光处理程序。这四种模块是密切联系的，通过合作他们达到系统要求的功能。通过对C8051F020的观察，实现了检测任务。实现模糊系统的单芯片处理器有两种方法。一个名为查找表技术，另一个是在线计算值。在第一种方法中，一个表被事先保存在单芯片上，其中包含了模糊系统的参数。工作时，根据情况看看表，并选择适当的记录值控制使用。在第二种方法中，计算输入值和输出值。为了缩短设计时间，并加强实时的特点，我们选择第一种方法。主要的软件流程图如图2所示。总结本文对基于模糊和PID的温度控制系统进行了论述。本文提出了模糊PID的原则，基于这些原则，硬件结构和软件系统被设计出来。设计出来的温度控制系统是智能的，它可以在较大的干扰情况下工作，克服了普通PID控制系统的缺点，并获得完美的控制结果。 图2 主要的软件系统流程图参考文献1K S Zhang, G F Guo: Control & Automation vol. 21 (2005), p. 68-69. 2G R Zhou, P Jang, R X Chen: Instrument Technique and Sensor vol. 12 (2005), p. 41-43. 3C M Xia, F L HUANG: Chinese Journal of Nanjing Normal University: Engineering and
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