模糊温度控制器的软硬件设计

1、摘 要本设计完成基于单片机的模糊温度控制器的软硬件设计。本设计完成了将模糊控制与PID控制相结合方法用于工业温度控制领域，实现了对大滞后、慢时变、非线性的复杂系统的控制。在硬件方面，Fuzzy-PID温控器采用单片机作为控制核心，采用Pt100作为温度传感器，设计了温度测量转换电路，模/数转换器TLC2543实现温度数据采集。HD7279构成良好的人机接口模块，完成温度设定值的输入和温度数据实时显示。输出通道由D/A转换器和AD694芯片组成，将控制量转换为现场总线标准的电流信号420mA。在软件方面，本设计完成了并行Fuzzy-PID复合控制器的主流程图和各子流程图。编写的软件程序经过编译连

2、接无误。在设计过程中，采用Multisim软件对Pt100的测温电路进行了仿真，实现了温度采集精度的设计要求。本设计中的模糊PID控制器，既具有模糊控制灵活、适应性强的优点，不依赖于控制对象有精确的数学模型，同时又具有控温精度高，动态性能好、受系统参数变化影响小的优点。关键词：Pt100；温度控制；单片机；模糊-PID控制；Multisim ABSTRACTThis design has completed the design of software and hardware of the Fuzzy-PID temperature controller based on MCU. It h

3、as made the combination method of Fuzzy control and the PID control used in the industry temperature control domain, which has realized the control of complex system of long-time delay, slow time-variable, and the non-linear. In the hardware design, Fuzzy-PID temperature controller takes SMC as the

4、core of the control, adopts Pt100 as the temperature sensor, and has designed the temperature signal measurement and convert circuit; ADC TLC2543 is used to finishi the temperature data gathering. The friendly man-machine interface module is composed of HD7279, which can carry on the functions of th

5、e input of the temperature setting value and the real time display of temperature data. The output channel is composed of DAC and AD694, which can convert the control quantity into fieldbus standard current signal 420mA. In the software design, this design has completed the main flow chart of the pa

6、rallel Fuzzy-PID compound controller and each sub-flow chart. The procedure of software is unmistakable after compilation and link.In the design process, it adopts Multisim software to carry on the simulation of the Pt100 temperature signal measurement and convert circuit, and the design has met the

7、 requests of temperature measurement precision. The Fuzzy-PID controller in this design, not only has the characterics of flexibility and adaptability of Fuzzy control, which does not depend on the controlled object that has the precise mathematical model, but also has advantages of high precision t

8、emperature control, and the good dynamic performance, which is affected little by the change of system parameters.Key words: Pt100; Temperature Control; SMC; Fuzzy-PID Control; Multisim 目 录摘要Abstract 第1章 引言11.1 序言11.2 模糊控制的现状研究11.3 选题的目的、意义和主要内容21.3.1 本课题研究的目的、意义21.3.2本设计的主要内容和结构3第2章 模糊控制的理论研究42.1 模

9、糊控制的理论基础42.1.1 模糊集合42.1.2 模糊集合的运算52.1.3 模糊关系52.1.4 模糊关系的合成62.1.5 模糊算子72.2 模糊控制系统72.2.1 模糊控制的起源72.2.2 模糊控制系统的组成82.2.3 模糊控制器82.2.4 模糊控制器结构102.3 模糊控制器的设计102.3.1 确定模糊控制器的结构112.3.2 建立模糊控制规则112.3.3 确定模糊变量的赋值表122.3.4 精确量的模糊化132.3.5 基本模糊查询表的建立142.4 本章小结15第3章 硬件结构163.1 AT89S52单片机163.1.1 定时器/计数器的结构173.1.2 MCS

10、-51中断系统的结构183.2 热电阻Pt100测温原理和测温电路的设计183.3 A/D通道电路的设计203.4 D/A通道电路的设计213.5 电源设计223.6 按键及显示驱动芯片HD7279A电路的设计233.7 420mA电流输出接口电路243.8 本章小结25第4章 系统软件架构264.1 模糊PID控制的软件实现264.2 模糊-PID复合控制的运算和输出274.2.1 模糊控制的程序流程图和算法基础274.2.2 经典PID控制:274.3 按键、显示运算子程序314.4 信号采集子程序324.5 本章小结33第5章 电路仿真345.1 Multisim软件的生产和发展345.

11、1.1 Multisim软件的起源345.1.2 Multisim系列软件的形成:345.1.3 Multisim10仿真特点345.2 Multisim10仿真分析过程355.3 硬件调试及仿真355.3.1 仿真基本参数设置355.3.2 仿真原理图:365.3.3 仿真结果及分析375.4 本章小结38结束语39参考文献40致谢41附录A42附录B43 第1章 引 言1.1 序言1965年美国的伯克利加州大学教授扎德发表了著名的论文FuzzySets，提出了模糊性问题，给出了其定量的描述方法，从而模糊数学诞生了。模糊数学不是使数学变得模模糊糊，而是让数学进入模糊现象这个客观的世界，用数学

12、的方法去描述糊涂现象，揭示模糊现象的本质和规律，模糊数学在经典数学和充满模糊性的现实世界之间架起了一座桥梁。在自动化运用上，模糊数学是非常活跃又硕果累累的一个领域。著名的自动控制权威Austrum曾经指出：模糊控制逻辑、神经网络控制与专家控制是三种典型的智能控制方法。模糊控制是建立在人工经验基础上的。对于一个熟练的操作人员，他并非需要了解被控对象精确的数学模型，而是凭借其丰富的实践经验，采取适当的对策来巧妙地控制一个复杂的过程。在许多情况下，被控对象由于其过程复杂，机理有不明之处，缺乏必要的检测手段或者测试装置不能进入被测区域等等各种原因，致使无法建立被控过程的数学模型。这类过程的变量多，过程

13、往往具有非线性、强耦合等特点，各种参数也往往存在时变性。因此要建立这类过程的数学模型非常困难，甚至不可能。虽然我们己有了对付非线性、时变参数系统的方法，但是有些场合因为许多因素结合在一起，使问题解法复杂化以至缺乏使用价值。用经典控制理论和现代控制理论解决这类对象的控制往往难以凑效，得不到满意的控制效果。模糊控制利用计算机来实现人的控制经验，很好地解决了这一问题。它无需知道被控对象的数学模型，运用人类的思维实现智能化控制，运用单片机来构造模糊控制系统，其结构与一般的数字控制系统无异，模糊控制算法用软件来实现，具有良好的鲁棒性和适应性14。1.2 模糊控制的研究现状模糊控制从它的诞生至今，已从单纯

14、的理论到成功地应用于工业控制，且成为自动控制技术领域中非常有前途的一个分支，一方面用传统的控制理论中的方法解决控制模糊问题，另一方面用模糊控制的理念为解决各种控制问题提供新的思路2。模糊控制的另一个发展方向是与神经网络、遗传算法等新优化算法相融合，使模糊控制拥有自适应、自组织、自学习功能。模糊控制具有良好控制效果的关键是要有一个完善的控制规则。但由于模糊规则是人们对过程或对象模糊信息的归纳，对高阶、非线性、大时滞、时变参数以及随机干扰严重的复杂控制过程，人们的认识往往比较贫乏或难以总结完整的经验，这就使得单纯的模糊控制在某些情况下很粗糙，难以适应不同的运行状态，影响了控制效果。常规的模糊控制的

15、两个主要问题在于：改进稳态控制精度和提高智能水平与适应能力。在实际应用中，往往是将模糊控制或模糊推理的思想，与其它相对成熟的控制理论或方法结合起来，发挥各自的长处，从而获得理想的控制效果。由于模糊控制和语言很容易被人们广泛接受，加上模糊化技术在微处理器和计算机中能很方便的实现，所以这种结合展现出强大的生命力和良好的效果。模糊控制仍然是一个充满争议的领域。由于它的发展历史还不长，理论上的系统性和完善性，技术上的成熟性和规范性都还是不够的，有待人们的进一步提高。模糊系统理论还有一些重要的理论课题没有解决，其中两个重要的问题是：如何获得模糊规则及隶属函数，这在目前完全凭经验来进行；以及如何保证模糊系

16、统的稳定性。大体上说来，在模糊控制理论和应用方面应加强研究的主要课题为：（1）解决工程问题的稳定性分析方法，稳定性评价理论体系；控制器的鲁棒性分析，系统的可控性和可观测性判定方法等。（2）模糊控制规则设计方法的研究，包括模糊集合隶属函数的设定方法，量化水平，采样周期的最优选择，规则系数，最小实现以及规则和隶属函数参数自动生成等问题；进一步则要求给出模糊控制器的系统化设计方法。（3）模糊控制器参数最优调整理论的确定，以及修正推理规则的学习方式和算法等；模糊动态的辨别方法；模糊预测系统的设计方法和提高计算速度的方法；神经网络与模糊控制相结合，发展一套新的智能控制理论。（4）模糊控制算法改进的研究：

17、由于模糊逻辑的范畴很广，包含了大量的概念和原则，然而这些概念和原则能真正的在模糊逻辑系统中得到应用的却为数不多，这方面的尝试有待深入。最优模糊控制器设计的研究，依据提出的性能指标，规范控制规则的设计依据，并在某种意义上达到最优。1.3 选课题的目的、意义和主要内容1.3.1 本课题研究的目的、意义模糊控制的特点是不需要考虑控制对的数学模型和复杂情况，而仅依由操作人员经验所制订的控制规则就可构成。凡是可用手动方式控制的系统一般都可通过模糊控制方法设计出由计算机执行的模糊控制器。模糊控制依据的控制律不是精确定量的。其模糊关系的运算法则、各模糊集的隶属函数，以及从输出量模糊集到实际的控制量的转换方法

18、等，都带有相当大任意性。对于模糊控制器的性能和稳定性，常常难以从理论上作出确定的估计，只能根据实际效果评价其优劣。模糊控制实现了人的某些智能，它利用数值方法来表示结构性知识，用数值方法进行处理，因而它能够用大规模集成电路来实现模糊系统3。模控制主要研究那些在现实生活中广泛存在的、定性的、模糊的、非精确的息系统的控制问题，其控制过程是先将信息模糊化，然后经模糊推理规则到模糊控制输出，再将模糊指令进行精确化计算最终输出控制值。模糊系统可以看作是一种不依赖于模型的估计器，给一个输入，便可得到一个合适的输出。它主要依赖模糊规则和模糊变量的隶属度函数，而需知道输入与输出之间的数学依存关系。由于模糊控制不

19、需要精确的数学型，因此它是解决不确定性系统控制的一种有效途径。模糊控制既具有广前景，又具有许多待开发和研究的理论问题。模糊控制与传统PID控制方法相比，具有时变性、大时滞性，在非线性系统中控制效果有着明显优势。1.3.2 本设计的主要内容和结构本文共分五章，各章主要内容如下：第一章：引言。第二章：模糊控制理论研究。第三章：硬件设计。本章是对热电偶热电阻通用输入通道的硬件设计机理作了研究，给出硬件原理图，论述热电阻三线制接法的原理和实现方法。420mA控制信号输出电路。应用Altium Designer6软件，设计温度控制系统的原理图。实现了液晶显示模块与CPU的接口设计；最后完成了微处理器外围

20、电路的设计。第四章：系统各部分软件的设计。主要是模糊-PID复合控制模块的程序、按键、显示、信号采集程序的设计等。第五章：电路仿真。 第2章 模糊控制理论研究 2.1 模糊控制的理论基础 模糊控制是建立在人工经验基础上的。对于一个熟练的操作人员，他并非需要了解被控对象精确的数学模型，而是凭借其丰富的实践经验，采取适当的对策来巧妙地控制一个复杂过程1。若能把这些熟练操作员的实践经验加以总结和描述，并用语言表达出来，它就是一种定性的、不精确的控制规则。如果用模糊数学将其定量化转化为模糊控制算法，模糊控制理论就形成了。模糊控制器有以下明显的特点：（1）无需知道被控对象的数学模型。模糊控制是以人对被控

21、系统的控制经验为依据而设计的控制器，故无需知道被控系统的数学模型。（2）它是一种反映人类智慧思维的智能控制。模糊控制采用人类思维中的模糊量，如“高”、“中”、“低”、“大”、“小”等，控制量由模糊推理导出。这些模糊量和模糊推理是人类智能活动的体现。（3）易被人们所接受。模糊控制的核心是控制规则，这些规则是以人类语言表示的。（4）构造容易。用单片机等来构造模糊控制系统，其结构与一般的数字控制系统无异，模糊控制算法用软件实现。（5）鲁棒性好。模糊控制系统无论被控对象是线性的还是非线性的，都能执行有效的控制，具有良好的鲁棒性和适应性。模糊控制的定义是这样描述的：模糊控制器的输出是通过观察过程的状态和

22、一些如何控制过程的规则推理得到的。模糊逻辑控制器8的这一定义主要是基于以下三个概念：测量信息的模糊化、推理机制和输出模糊集的精确化。测量信息的模糊化是将实测物理量转化为在该语言变量相应论域内不同语言值的模糊子集。推理机制使用数据库和规则库，它的作用是根据当前的系统状态信息来决定模糊控制的输出子集。模糊集的精确化计算是将推理得到的模糊控制量转化为一个清晰、确定的输出控制量的过程。2.1.1 模糊集合 模糊集合的定义实际上是将经典集合论中的特征函数表示扩展到用隶属度函数来表示。设U为离散或连续的集合，用u表示，U被称为论域，u表示论域U的元素，模糊集合是用隶属函数来表示的，论域是所讨论的任意一个子

23、集、任意一个元素都属于集合U，即全集。所谓的集合就是指具有某种特定属性的对象全体。论域U中的模糊集F用一个在区间0，l上的取值的隶属函数来表示，即 (2.1)是用来说明u隶属于U的程度。模糊集可看成隶属度只取0和1的普通集的推广，那么U中的模糊集F可以用元素和它的隶属度来表示： (2.2)2.1.2 模糊集合的运算设A和B为论域u的两个模糊集，隶属函数分别为和，则模糊集合A和B的并集，交集和补集的运算可以通过他们的隶属函数来定义。（1）并集：其中，“”表示二者比较后取大值。（2）交集：其中，“”表示二者比较后取小值。（3）补集：模糊集合A和B的代数积、代数和(A+B)、有界和、有界差。2.1.

24、3 模糊关系模糊关系的标准形式：R：如果A则B其中A，B为两个模糊集合。在模糊数学上该关系可以用叉积表示：R：0，l每一数(a，b)都对应于介于0和1中的一个实数，用以描述该数对相互之间关系的强弱。在模糊逻辑中这种叉积常用最小算子运算： (2.3)若A，B为离散模糊集合，其隶属函数分别为：则其叉积运算为：其中“”为模糊矢量乘积。设G1，G2为论域，G1G2是正交论域，则称R：G1G20，1为二阶模糊关系。当正交论域是有n个组成，则称之为n阶模糊关系。模糊关系常用隶属函数表示。设Rl，R2：G1G20，1为同一正交域上的二阶模糊关系，则Rl和R2的正交关系定义为：0，1 =min， (x，y)和

25、的并定义为：0，1 (x，y)设R：0，1，S：0，1为在不同正交论域上的二阶模糊关系，则其乘积推理为：RS：0，1 其中(x，z)2.1.4 模糊关系的合成模糊关系是指笛卡尔积上的模糊集合，表示多个集合的元素间所具有的某种关系的程度。模糊关系的合成是指由第一个集合和第二个集合之间的模糊关系及第二个集合和第三个集合之间的模糊关系得到的第一个集合和第三个集合之间的模糊关系的一种运算。模糊关系的合成，因使用的运算不同而各有定义。下面给出常用的max-min合成法。设R是中的模糊关系，S是中的模糊关系，所谓R和S合成是指下列定义在上的模糊关系Q，记做或这里代表取小，代表取大。设， 其中，称Q为模糊矩

26、阵R和S的合成，其元素公式为：；i=1，2，m； j=1，2，n模糊关系合成的基本性质：设R，S(以及T)，U分别为，中的模糊关系，则有结合律、并运算上的分配律、交运算上的弱分配律和单调律。2.1.5 模糊算子模糊算子是连接模糊集的运算算子，它的定义方法有多种。模糊控制使用最多的是模糊控制理论的奠基人Zadeh提出的最大最小算子。设A和B为定义在X论域上的两个模糊集合，按照最大最小算子定义，有（1）and运算模糊集合A和B交集的隶属函数为A和B隶属函数的最小值： （2.4）（2）or运算模糊集合A和B并集的隶属函数为A和B隶属函数的最大值： （2.5）（3）not运算模糊集合A的补集的隶属函数

27、为1减去A的隶属函数： （2.6）2.2 模糊控制系统2.2.1 模糊控制的起源把模糊数学理论用于自动控制领域而产生的控制方法称为模糊控制。模糊控制的诞生是和社会科学技术的发展与需要分不开的。传统控制方法在执行控制时，往往需要取得对象的数学模型，而在实际中，很多被控对象的数学模型是难于求取或者无法求取的，特别是那些时变的、非线性的复杂系统，往往根本无法取得精确的数学模型，所以对这样的对象要进行有效的控制是很困难的，需要寻求新的控制方法解决这些问题。在生产实践中，人们发现有经验的操作人员虽然不懂被控对象的数学模型，但却能十分有效地对系统执行控制。正如一个汽车司机，不懂汽车的数学模型而能很好的驾驶

28、汽车一样。这是因为操作人员对系统的控制是建立在直观的经验上的，凭借在实际中取得的经验采取相应的决策就可以很好的完成控制工作。人的经验是一系列含有语言变量值的条件语句和规则，而模糊集合理论又能十分恰当地表达具有模糊性的语言变量和条件语句。因此，模糊集合理论用于描述人的经验就有着独特的优势。可以把人的经验用模糊条件语句表示，然后用模糊集合理论对语言变量进行量化，再用模糊推理对系统的实时输入状态进行处理，产生相应的控制决策。这也就是模糊控制器的工作过程。2.2.2 模糊控制系统的组成模糊控制系统模型一般由四个部分组成。（1）模糊控制器：实际上是一台微型计算机，根据控制系统的需要，可选用通用计算机也可

29、选用单片机。（2）输入输出接口装置：模糊控制器通过输入/输出接口从被控对象获取数字信号量，将模糊控制器决策的输出数字信号经过模糊化，将其转化为模拟信号，送给执行机构去控被控对象。（3）广义对象：包括被控对象及执行机构，被控对象可以是线性的和非线形的、定常或时变的，也可以是单变量或多变量、有时滞的以及有强干扰的多种情况。当被控对象缺乏确的数学模型的情况适宜选择模糊控制，但也不排除有较精确数学模型的被控对象采用模控制的方案。（4）传感器：传感器是将被控对象或各种过程的被控制量转换成为电压信号的一类装置被控制量往往都是非电量，如温度、压力、流量、浓度、湿度等。传感器在模糊控制系统占有十分重要的地位，

30、它的精度往往直接影响整个控制系统的精度13。2.2.3 模糊控制器由图2.1可知，模糊控制系统与通常的计算机数字控制系统的主要差别是，采用了模控制器。模糊控制器是模糊控制系统的核心，一个模糊控制系统的性能优劣，主要取决模糊控制器的结构、所采用的模糊规则、合成推理算法，以及模糊决策的方法等因素。模控制器也称为模糊逻辑控制器，由于所采用的模糊控制规则是模糊理论中的模糊语句来描述的，因此模糊控制器是一种语言控器，故也称为模糊语言控制器。1、模糊化接口模糊控制器的输入必须通过模糊化才能用于控制输出的求解，因此它实际上是模糊控制器的输入接口。它的主要作用是将真实的确定量输入转换成为一个模糊矢量。对于一个

31、模糊输入量e，其模糊子集通常可以作如下划分：（1）e=负大，负小，零，正小，正大=NB,NS,ZO,PS,PB（2）e=负大，负中，负小，零，正小，正中，正大=NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB（3）e=负大，负中，负小，零负，零正，正小，正中，正大=NB，NM，NS，NZ，PZ，PS，PM，PB输出输入知识库数据库规则库推理机模糊化接口解模糊化接口图2.1 模糊控制器的组成框图2、知识库由数据库和规则库两部分组成。（1）数据库所存放的是所有输入、输出变量的全部模糊子集的隶属矢量值(即经过论域等级离散化以后对应值的集合)，若论域为连续域，则为隶属度函数。在规则推理的模糊关系方程求解过程中

32、，向推理机提供数据。（2）规则库模糊控制器的规则是基于专家知识或手动操作人员的长期积累的经验，它是按人的直觉推理的一种语言表示形式。模糊规则通常由一系列关系词连接而成，如if-then，else，also，and，or等，关系词必须经过“翻译”才能将模糊规则数值化。最常用的关系词为If-then，also，对于多变量模糊控制系统，还有and等。例如，某模糊控制系统输入量为e(误差)和ec(误差变化)，它们的对应的语言变量为E和EC，可给出一组模糊规则：R1：if E is NB and EC is NB then U is PBR2：if E is NB and EC is NS then U

33、 is PM通常把if部分称为“前提部”，而then部分称为“结论部”，其基本结构可归纳为：if A and B then C，其中A为论域U上的一个子集。根据人工的控制经验，可离散组织其控制决策表R，R是笛卡儿乘积UXV上的一个模糊子集，则某一时刻其控制量由下式给出：C=(A×B)R (2.7)式中，×-模糊直积运算；*-模糊合成运算。规则库是用来存放全部模糊控制规则的，在推理时为“推理机”提供控制规则。由上可知，规则条数和模糊变量的模糊子集划分有关，划分越细，规则条数越多，但并不代表规则库的准确度越高，规则库的“准确性”还与专家知识的准确度有关。推理与解模糊接口推理是模

34、糊控制器中，根据输入模糊量，由模糊控制规则完成模糊推理来求解模糊关系方程，并获得模糊控制量的功能部分。在模糊控制中，考虑到推理时间，通常采用运算较简单的推理方法。最基本的有Zadeh近似推理，它包含有正向推理和逆向推理两类。正向推理常被用于模糊控制中，而逆向推理一般用于知识工程学领域的专家系统中。推理结果的获得，表示模糊控制的规则功能已经完成。但是，至此所获得的结果仍然是一个模糊矢量，不能直接用来作为控制量，还必须做一次转换，求得清晰的控制量输出，即为解模糊。通常把输出端具有转换功能作用的部分称为解模糊接口。2.2.4 模糊控制器结构在确定性控制系统研究中，根据输入变量和输出变量的个数，可以分

35、为单变量控制系统和多变量控制系统。在模糊控制系统中，也可类似的分为单变量模糊控制和多变量模糊控制。在单变量模糊控制器中，将其输入变量的个数定义为模糊控制器的维数12。一维模糊控制器的输入变量往往选择为受控量和输入给定的误差量E。由于仅仅采用偏差值，很难反映受控过程的动态特性品质，因此，所能获得的系统动态性能不能令人满意。这种一维控制器往往被用于一阶被控对象。二维模糊控制器的两个输入变量基本上都选用受控变量和输入给定的误差量E和误差变化量EC，由于它们能够较严格的反映受控过程中输出变量的动态特性，因此，在控制效果上要比一维模糊控制器好得多，也是目前采用比较广泛的一类。这种控制器结构简单、使用方便

36、，是最基本的一种形式。下面本设计就以单变量二维模糊控制器为例，阐述模糊控制器的设计步骤，其设计思想是设计其它模糊控制器的基础。2.3 模糊控制器的设计+REECKeKet模糊控制规则PID控制规则模糊切换驱动电路执行部件温度传感图2.2 模糊PID控制系统框图模糊控制器是以语言变量作为其输入输出变量:以模糊条件语句作为模糊控制规则，进行模糊逻辑处理后将模糊信息精确化输出到执行机构从而达到控制被控对象的目的15。其最简单的实现方法是将一系列模糊控制规则离散化为一个查询表，存储在计算机中，供在线控制时使用。见图2.2所示。2.3.1 确定模糊控制器的结构如前所述，单变量二维模糊控制器是最常见的结构

37、形式。对误差变量E，误差变化量EC和控制量u的模糊集及其论域定义如下：EC和u的模糊集均为：NB，NM，NS，0，PS，PM，PBE的模糊集为：NB，NM，NS，N0，P0，PS，PM，PBE和EC的论域均为：-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6u的论域为：-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6，7上述的误差模糊集选取八个元素，区分了N0和P0，主要是着眼于提高稳态精度。2.3.2 建立模糊控制规则根据人的直觉思维推理，由系统输出的误差及误差的变化趋势来消除系统误差的模糊控制规则，可以由以下21条模糊条件语句来描述。（1）if E=NB

38、or NM and EC=NB or NM then u=PBor（2） if E=NB or NM and EC=PS or 0 then u=PBor（3）if E=NB or NM and EC=PS then u=PMor（4）if E=NB or NM and EC=PM or PB then u=0or（5）if E=NS and EC=NB or NM then u=PMor（6）if E=NS and NM and EC=NS or 0 then u=PMor（7）if E=NS and EC=PS then u=0or（8）if E=NS and EC=PM or PB th

39、en u=NSor（9） if E=N0 or P0 and EC=NB or NM then u=PMor（10）if E=N0 or P0 and EC=NS then u=PSor（11）if E=N0 or P0 and EC=ZO then u=0or（12）if E=N0 or P0 and EC=PS then u=NSor（13）if E=N0 or P0 and EC=PM or PB then u=NMor（14）if E=PS or EC=NB or NM then u=PSor（15）if E=PS and EC=NS then u=0or（16）if E=PS and

40、 EC=0 or PS then u=NMor（17）if E=PS and EC=PM or PB then u=NMor（18）if E=PM or PB and EC=NB or NM then u=0or（19）if E=PM or PB and EC=NS then u=NMor（20）if E=PM or PB and EC=0 or PS then u=NBor（21）if E=PM or PB and EC=PM or PB then u=NB上述的条件语句构成了描述的众多被控过程的模糊模型，因此在条件语句中，误差E、误差变化EC及被控量u对于不同的被控对象有着不同的意义。模糊

41、规则见表2.1所示。表2.1 模糊规则UECE-NBNMNS0PSPMPBNBPBPBPBPBPM00NMPBPBPBPBPM00NSPMPMPMPM0NSNSNOPMPMPM0NSNMNMPOPMPMPM0NSNMNMPSPSPS0NMNMNMNMPM00NMNBNBNBNBPB00NMNBNBNBNB2.3.3 确定模糊变量的赋值表模糊变量误差E、误差变化EC和控制量u的模糊集和论域确定后，须对模糊语言变量确定隶属函数，即所谓对模糊变量赋值，模糊变量E，EC及u的赋值如下表2.2所示。表2.2 模糊变量E，EC，u的赋值表ueEC-6-5-4-3-2-100123456PB00000000

42、000.10.411PM0000000000.20.7110PS000000000.30.810.500PO000000000.60.10000NO00000110000000NS0001110.30000000NM0.20.7110000000000NB10.8000000000000uec EC-6-5-4-3-2-10123456PB0000000000.10.40.81PM000000000.20.710.70.2PS00000000.910.70.200O000000.510.500000NS000.20.710.90000000NM0.20.710.70.200000000NB10

43、.80.40.10.100000000uUu-6-5-4-3-2-10123456PB0000000000.10.40.81PM000000000.20.710.70.2PS000000010.80.40.100O000000.510.500000NS000.10.40.810000000NM00.20.710.70.20000000NB10.80.40.10.1000000002.3.4 精确量的模糊化我们把模糊控制器的输入变量误差、误差变化的实际范围称为这些变量的基本论域，显然基本论域内的量为精确量。将精确量转化为模糊量的过程称为模糊化，模糊化常用的两种方法：第一种方法是将精确量离散化，如

44、把在-6，+6之间变化的连续量分为七个档次，每个档次对应一个模糊集，这样处理使模糊化过程简单。在-6，+6区间的离散化了的精确量与表示模糊语言的模糊量建立了关系，第二种方法时将在模区间的精确量X模糊化成这样一个模糊子集，它在点X处的隶属函数为1，除了X点外其余各点的隶属均为0.3。模糊推理与模糊判决在模糊控制原理图中，对建立的模糊控制规则要经过模糊推理才能决策出控制变量的一个模糊子集，它是一个模糊量不能直接控制被控对象，还需要采用合适的方法将模糊量转化为精确量，把模糊量转化为精确量的过程称为模糊判决。模糊推理及其模糊判决有多种方法：MILT-MAX重心法、模糊加权型推理法、最大隶属度法。2.3

45、.5 基本模糊查询表的建立如果已知系统误差E，为论域E=-6，+6中的一个元素，误差变化EC，为论域EC=-6，+6中的一个元素。那么根据系统的控制规则所决定的模糊关系R，应用推理合成规则计算出在E和EC情况时反映控制量变化的模糊集合U。然后采用适当的方法对其进行模糊判决10，由控制量U的论域-6，+6可获得最终加到被控对象的实际控制量的精确值。对论域E，EC中全部元素的所有组合，计算出相应的控制量的精确值。写成矩阵形式就构成了模糊查询表。见表2.3所示。表2.3 模糊查询表UEC E-6-5-4-3-2-10123456-66565663310001-55555555331000-46565

46、666331000-35555555210-1-1-1-23334333000-1-1-12-2-2033341100-1-1-3-3-303334100-1-1-1-3-3-31222200-1-1-1-1-3-3-32111-10-2-3-3-3-2-3-3-33000-1-2-2-5-5-5-5-5-5-54000-1-3-3-6-6-6-5-6-5-55000-1-3-3-5-5-5-5-5-5-56000-1-3-3-6-6-6-5-6-5-6为实现基本模糊控制器的控制作用，一般的做法是将上述查询表存放到计算机中，于是在过程控制中，计算机直接根据采样和论域变

47、换得来的以论域元素形式表现的E和EC的值通过查询表得出相应的控制量的值，加到控制过程上。一般情况下，查询表是通过实现离线计算出来的，一旦将其存放到计算机中，在实时控制过程中，实现模糊控制的过程便转化成计算量不大的查找查询表的过程。因此，尽管在离线情况下完成模糊控制算法的计算量很大且费时，但是以查询表形式实现的模糊控制却有良好的实时性。2.4 本章小结本章主要介绍模糊控制系统的基本原理、组成及建立模糊控制规则表。模糊控制是模糊推理和控制技术相结合的产物。用模糊集合和模糊概念描述过程系统的动态特性，以数学公式的形式来代表系统的信息或经验知识。根据模糊集和模糊逻辑来作出控制决策。 第3章 硬件结构 3.1 AT89S52单片机AT89S52单片机是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS型8位单片机，片内8Kbytes可系统编程的Flash只读程序存储器，具有高密度、非易失