PDF《基于模糊PID的AT89C2051单片机智能温度控制系统》

兵工自动化 2006年第25卷第5期 撞技市 Measu删nent锄d Con扛ol Technique O.

I.Automation 2006,Vbl.25,No.5 文章编号:1006一1576(2006)05―0065―02 基于模糊PID的AT89C2051单片机智能温度控制系统 潘笑1,高玉玲1,康亚娜2 (1.武汉大学自动化系,湖北武汉430072:2.桂林电子工学院计算机系,广西桂林541004) 摘要:以AT89c2051单片机为核心的模糊PID电阻炉温度控制器,由电源、控制算法、温度检测、键盘输入、 温度显示、上位机通信及开关量输出控制等组成.控制器以参数偏差和偏差变化作为输入,以PID控制器的Kp、 Ki、Kd参数作为输出.子程序对相关事件处理以标志位和判断标志位完成,主程序通过调用子程序实现温度控制 器功能. 关键词:温度控制;

模糊PID;

AT89C2051单片机;

电阻炉 中图分类号:TP273.4 文献标识码:A Intellectualized 11l;

mperature Control SVstem of AT89C205

1 Sin91echip Based on FuzzV.PID PAN Xia01,GAO Y|u.1in91,KANG Ya.na2 (1.Dept.of Automation,Wuhan UniVer8ity,Wuhall 430072,China: 2.Dept.of Computer,Guilin University of Electronic Te,chnology,Guilin 541004,China) Abstract:The fuzzy―PID resistance fumace tempe豫ture system is based on AT89C205

1 singlechip.It includes the power source,the manipulative algorithm,the temperature examination,the keyboard input,the display of the temperature, the correspondence of up PC and the output-contr01 of the switch Value锄d so on.It takes the parameter deViation and the deviation change as input,and the PID controller'

s parameters ofKp,ki,Kd as output.The sub program realized the corresponding events by completing zone bit and zone bit judgment.The main program realized the function of the controUer through making use Of aU the subroutines. Keywords:Temperature control;

Fuzzy-PID;

AT89C205

1 singlechip;

Resistance furnace

0 引言 电阻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.故引入模 糊控制,采用模糊PID算法,运用AT89C2051单 片机对电阻炉实现智能的温度控制,可以解决上述 种种不足,从而实现高精度控制.

1 智能电阻炉温度控制的硬件系统 智能温度控制系统利用AT89C2051单片机及 其外围接口电路实现对电炉所加热的水或空气等介 质温度进行控制,可以方便快捷地调节和控制所要 设定的温度.此系统由电源、控制算法、温度检测、 键盘输入、温度显示、'

上位机通信以及开关量输出 控制几大部分组成,如图1. 图1 系统的原理结构 (1)电源部分首先利用变压器将外界交流 220v电压变为7.5v,再利用整流桥将其整流为直 流+5V电压,供单片机及系统使用;

(2)主控部分采用AT89C2051芯片,是一个有

2 kBFlash可编程、可擦除只读存储器(E2PROM) 的低压、高性能8位单片机;

(3)温度检测采用Dsl8820单线数字温度传感 器,测量温度范围为一55.C~+125.C.现场温度直 接以 一线总线 的数字方式传输,大大提高了系 统的抗干扰性;

(4)键盘部分用3个按键实现操作,1个按键 实现设定温度与实际温度的切换,另外2个按键实 现是定温度时增加和减少设定值.上电后LED显 示当前温度,按下切换键后即可进行温度设定,再 次按下切换键可返回到当前温度显示;

(5)显示部分利用74HCl64将1位输入变为8 位并行输出并送到LED进行显示;

(6)系统利用MAx232芯片与上位机通信;

(7)输出部分采用固态继电器将单片机+5V 输出转换位为20V交流输出以控制电炉的通断,从 收稿日期:2005―10一31;

修回日期:2006一O卜12 作者简介:潘笑(1948一),男,湖北人,教授,1982年毕业于武汉水利电力大学,从事智能控制、过程控制研究. ・65・ 万方数据 兵工自动化 2006年第25卷第5期 撞技m Measu砌ment柚d Control Technique O.I.Automation 2006,、,b1.25,No.5 而达到控制电炉温度的目的.

2 常规PID参数模糊自校正系统设计 2.1控制器的结构设计 常规PID参数自调整的模糊控制器采用二输入 三输出的形式,该控制器是以e和e作为输入, 以Kp、Ki、Kd作为输出,结构如图2. 图2 模糊自调整PID控制器结构 根据已有的控制系统设计经验总结,可得出 PID参数Kp、Ki、Kd的自整定原则: (1)当IeI较大时,为尽快消除偏差,提高响应 速度,应取较大Kp和较小Kd,同时为避免系统出 现超调,应对积分作用加以限制,通常使硒=0;

(2)当IeI中等大小时,为使系统响应超调较小, Kp应取得小一些.在这种情况下,Kd的取值对系 统的影响较大,要取适当的Kd和Ki;

(3)当leI较小时,为使系统响应具有良好的稳 态性能,Kp与Ki取值应较大些.为避免系统在给 定值附近出现震荡,Kd的取值要适当. 2.2模糊化设计 电阻炉温度控制系统将采样得到的温度信号 与系统的温度设定值进行比较,得到系统的输入语 言变量温度误差e、温度误差变化e,输出语言变 量为PID的调节系统的变化Kp、Ki、Kd.将 温度误差e、温度误差变化e定义为模糊集上的 论域:E,E={一3,一2,一1,0,1,2,3). 其模糊子集为:E,E=fNB,NM,NS,ZO,PS, PM,PBl,子集中元素分别为负大、负中、负小、 零、正小、正中、正大.Kp、Ki、Kd论域为 卜3,一2,一1,0,1,2,3},模糊子集为:Kp、Ki、 Kd={NB,NM,NS,Z0,PS,PM,PB).设e, e 的隶属度函数为三角形函数,如图3. 图3 e和e的隶属度函数 Kp、Ki、Kd隶属函数也选择灵敏度强的三角函 数,如图4. 由此得出各模糊子集隶属度.并根据模糊规则 ・66・ 表,查出修正参数Kp、Ki、Kd.然后模糊整 定Kp,Ki,Kd,完成对PID参数的在线自整定. Ki,Kd) 图4 Kp、Ki、Kd的隶属函数 2.3模糊控制规则表 根据输入变量e和e,及模糊控制规则,得到 Kp、飚、Kd的模糊规则表如以下表格所示. ,遐迭 NB NM NS ZO PS PM PB NB PB PB PM PM PS ZO ZO NM PB PB PM PS PS ZO NS NS PM PM PM PS ZO NS NS ZO PM PM PS ZO NS NS NM PS PS PS ZO NS NS NM NM PM PS ZO NS NM NM NM NB PB ZO ZO NM NM NM NB NB 0心NB NM NS ZO PS PM PB NB NB NB NM NM NS Zo Zo NM NB NB NM NS NS Zo ZO NS NB NM NS NS ZO PS PS ZO NM NM NS ZO PS PM PM PS NM NS ZO PS PS PM PB PM Zo ZO PS PM PM PB PB PB ZO ZO PS PM PM PB PB ≯逃NB NM........