基于ARM的温度控制系统设计与研究.pdf

基于ARM的温度控制系统设计与研究是一项利用先进的ARM处理器技术结合模糊PID控制理论的工程技术研究。文章详细介绍了如何设计和实现这样一个温度控制系统，旨在提高对锅炉温度的控制效果，尤其针对锅炉温度控制中常遇到的大惯性、大滞后、非线性和时变性的特性。以下详细知识点： 1. 控制策略：文中提出采用模糊PID自适应控制策略，结合模糊控制和传统PID控制的优点，旨在提升对非线性、滞后性系统的控制效果。模糊控制算法对模型不敏感且鲁棒性较好，但可能会在控制目标附近产生振荡。模糊PID控制能够利用模糊规则对PID的三个参数进行在线修正，提高响应速度和智能化程度，同时保持较好的静态特性。 2. 系统硬件设计：系统硬件设计基于ARM9技术，使用了三星公司生产的S3C2440A芯片作为微处理器。该芯片基于ARM920T内核，是一个高性能、高性价比的32位处理器。硬件系统包括温度采集模块、实时显示模块、控制输出模块、输入模块、存储器、通讯模块等。ARM芯片作为核心，负责控制、数据传输和处理。 3. 温度信号采集模块：采用了Pt100铂电阻温度传感器，它的测量范围为0℃至150℃，具有高精度和稳定性。传感器将温度信号转换成电信号，通过变送器的线性补偿和V/I转换，最终输出4 mA至20 mA的电流信号。通过测量电阻两端的电压信号，利用ARM处理器内置的ADC通道，将模拟信号转换成数字量，以供后续处理。 4. 存储器和PC机通讯模块：系统使用两块32MB的HY57V561620 SDRAM组成64MB内存，以及2MB NorFlash和256MB NandFlash作为ROM存储器。PC机通讯模块利用ARM芯片的串行口与PC机通信，实现信号量的上传。 5. 加热驱动单元：使用固态继电器作为中间驱动电路，由ARM芯片的PWM端口控制其导通与截止，实现对加热电阻的控制。这样可以避免大功率器件对ARM芯片的干扰，通过软件程序设定PWM信号的占空比，从而实现温度的精确调节。 6. 模糊PID控制器的设计：模糊PID控制器结构是基于传统PID算法的，将偏差e及其变化率作为输入语言变量，输出语言变量为PID参数的修正量。模糊控制器由隶属度函数和规则库构成，实现PID控制器参数的自整定。 7. 控制器隶属度函数及规则库：控制器以系统偏差e和偏差变化率e为输入，输出为PID参数Kp、Ki、Kd的修正量。模糊子集被定义为不同的模糊语言，如负大、负中、负小等，以实现模糊控制的规则逻辑。 整体而言，该文所探讨的基于ARM的温度控制系统设计与研究，综合应用了嵌入式系统技术、模糊控制理论和PID控制技术，为提高工业锅炉等设备的温度控制精度和响应速度提供了有效的解决方案。通过系统仿真结果的展示，验证了该控制方法可以显著提升对具有非线性和滞后性的系统的控制效果。