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单片机—单片机的模糊温度控制器的设计(论文-程序-外文翻译).doc
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单片机—单片机的模糊温度控制器的设计(论文-程序-外文翻译).doc
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基于单片机的模糊温度控制器的设计
摘要
模糊控制是以模糊集合理论为基础的一种新兴的控制手段,它是模糊系统理
论和模糊技术与自动控制技术相结合的产物,是一种更为智能和节能的控制方式。
本设计为模糊恒温控制器,传感器采集到环境温度后与设定温度比较,得到模糊
控制所需的两个输入量。设计中对两个输入量模糊量化,并确定其隶属函数,建
立模糊控制表,经单片机编程处理后得出结果,通过继电器控制加热器进行加热。
最后达到的效果是使环境温度较稳定的保持恒定。
该系统的应用表明,该控制精度对储层设计技术具有可靠稳定性,它已经达
到更高的准确度,并能在短的工作时间确保过渡过程的温度的精确控制。
首先介绍了该系统的整体构成,然后从硬件和软件两方面进行介绍。在硬件
部分,描述了系统的总体结构和之间的关系,并进一步讲述方式内部结构和外部
特征的新编程的筹码;在软件部分,解释了模糊控制理论,又说明了该系统的应用
程序;第三,从模糊控制的实现方面说明了该系统的流程图;本文最后对该系统
作出一个总结:
该软件设计模式可分为子模式的主要程序和在模式的合适位置对设计软件
进行备份。此外,它适用于很多方面的符号选择和处理程序的应用,可消除因未预
知条件的变化而产生的影响。
该系统能高精度地有效控制其它的参数指标,值得推广和应用。它不仅具有
其它领域那样良好功能,而且具有更低的价格成本。
关键词:模糊控制 隶属函数 单片机编程 模糊控制规则
- 1 -
Abstract
Fuzzy control is a sort of newly arisen control way based on fuzzy sets theory. It’s
one result of fuzzy system theory and fuzzy technique and automatic control
technique combined together. It’s a sort of control way much more intelligent and
saving. This design is a fuzzy controller of temperature. Comparing the temperature
collected transducer with the set temperature will give us two input variables. Then
fuzzificate the two input variables in the design and ascertain their membership
functions, afterwards, establish the fuzzy controlling graph. Next, get the result
through the programming process by singlechip and heat by controlling the heater
through controlling the relay on the basis of the result. Thus, finally we could come to
the effect that the temperature could be kept constant steadily.
The application of this system indicates that the precision reservoir designed on
this control technology has reliable stability. And it has attained higher accuracy,
short working time in transitive course on the precision temperature control.
In this thesis, I firstly introduced the whole component of this system, then the
hardware and software. In the part of hardware, I depicted the relation between the
whole structure and modes, and further tells the inner structure and outer character of
new programming chip. As for the part of software, I explained the theory of the
fuzzy control firstly, and then showed its application in this system. Thirdly, I
illustrated the flow chart of this system in which the fuzzy control is implied. At the
end of this thesis I draw a conclusion about this system:
The software designed on mode could be divided into sub modes in the main
program. And on the suitable position of modes, was set software trap to redundancy
design. In addition, it applies many ways in the program of symbol selection and
processing to eliminate the effect of random shock.
This system can also control others' parameter quota with high accuracy. It
deserves being spread and applied Furthermore, it not only has good function as the
other's country but also has lower price.
KEY WORDS: fuzzy control membership function singlechip programme
fuzzy control rules
- 2 -
目录
摘要............................................................................................................................................................0
绪论............................................................................................................................................................3
第一章 模糊控制技术的发展概况 .......................................................................................................4
1.1 模糊控制技术的发展及应用概况 .................................................................................................4
1.2 模糊控制的特点 .............................................................................................................................4
1.3 模糊控制的应用 .............................................................................................................................6
第二章 本设计的主要任务 ...................................................................................................................7
2.1 本设计的总体思路 ......................................................................................................................7
2.2 模糊控制的算法设计 ..................................................................................................................7
2.3 系统模糊化流程设计 ..................................................................................................................7
第三章 硬件电路设计结构与工作原理 .............................................................................................10
3.1 控制系统工作原理及硬件设计 ..................................................................................................10
3.2 电源电路.......................................................................................................................................10
3.3 晶振与复位电路...........................................................................................................................11
3.4 传感器电路...................................................................................................................................11
3.5 蜂鸣器电路...................................................................................................................................12
3.6 负载电路.......................................................................................................................................12
3.7 数码管显示电路...........................................................................................................................13
第四章 模糊控制器和模糊数模型 .....................................................................................................16
4.1 算法设计 ......................................................................................................................................16
4.1.1 模糊控制器的控制规则 ..................................................16
4.1.2 反映控制规则的模糊关系 ................................................19
4.2 模糊控制器.............................................................................................................................19
4.2.1 查询表的建立 .........................................................19
4.2.2 恒温箱模糊控制器的参数设计 ...........................................20
4.3 模糊数模型的建立.................................................................................................................20
4.4 软件设计思路 ..............................................................................................................................21
4.5 软件流程图 ..................................................................................................................................22
第五章 系统的抗干扰措施及调试 .....................................................................................................23
5. 1 系统的抗干扰措施 ....................................................................................................................23
5.1.1 硬件方面的抗干扰措施 .................................................23
5.1.2 软件方面的抗干扰措施 .................................................23
5.2 糊控制特性与传统 PID 控制特性的比较................................................................................23
5.3 调试结果及结论 ........................................................................................................................24
5.4 软件编程 ....................................................................................................................................25
第六章 创新、意义及有待继续探索的问题 .....................................................................................28
致谢:......................................................................................................................................................29
参考文献 .................................................................................................................................................30
附录:英文文献及翻译 .........................................................................................................................31
- 3 -
绪论
引言
模糊控制是以模糊集合理论为基础的一种新兴的控制手段,它是模糊系统理
论和模糊技术与自动控制技术相结合的产物。自从这门科学诞生以来,它产生了
许多探索性甚至是突破性的研究与应用成果,同时,这一方法也逐步成为了人们
思考问题的重要方法。
我们都知道在现实生活中的一些概念是有着明确意义的,比如说“一个”,
“男人”,“货币”等概念,对于这些明确的概念,在数学中常常用经典集合来表
示。但是现实生活中不是每个概念都是很明确的,比如我们说“青年人”这个概
念,你能在年龄轴上划两条线,表明在两条线内的就是青年人,而在其外的就截
然不是青年人吗?显然这样做是不行的,因为人的生命是一个连续的过程,一个
人从少年走向青年是一日一日积累的,同样,一个人从青年步入中年也是一个渐
变的过程,我们把这样的一类概念称之为模糊概念。模糊集合理论就是处理这些
模糊概念的。
将模糊集合理论运用于自动控制而形成的模糊控制理论,在近年来得到了迅
速的发展,其原因在于对那些时变的非线性的复杂系统,当无法获得精确的数学
模型的时候,利用具有智能的模糊控制器能给出有效的控制。例如,在炼钢,化
工,人文系统,经济系统以及医学心理系统中,要得到正确而且精密的数学模型
是相当困难的。对于这些系统却具有大量的以定性的形式表示的极其重要的先验
信息,以及仅仅用语言规定的性能指标。同时,要求过程的操作人员是系统的基
本组成部分等。所有这些都是一种不精确性的,应用一般的控制理论是很难实现
控制的,但是,这类系统由人来控制却往往容易做到。这是因为过程操作人员的
控制方法是建立在直观的和经验的基础上,他们凭借实践积累的经验,采取适当
的对策完成控制任务,于是,人们把操作人员的控制经验归纳成定性描述的一组
条件语句,然后运用模糊集合理论将其定量化,使控制器得以接受人的经验,模
仿人的操作策略,这样就产生了以模糊集合理论为基础的模糊控制器。
模糊控制理论的提出是控制思想的一次深刻的变革,它标志着人工智能发展
到了一个新的阶段。
- 4 -
第一章 模糊控制技术的发展概况
1.1 模糊控制技术的发展及应用概况
自扎德 1965 年开创“模糊集”以来,模糊集合论及相应的模糊理论有了飞
跃的发展,但在模糊控制理论提出的年代,由于科学技术尤其是计算机技术发展
的限制以及科技界对“模糊”含义的误解,使得模糊理论没有得到应有的发展。
从 1965 年至 80 年代,在美国、欧洲、中国和日本,只有少数科学家研究模糊理
论,尽管理论文章总数高达约 5000 篇,然而实际应用却寥寥无几。到上世纪 80
年代末,随着计算机技术的发展,日本科学家才成功的将模糊理论应用于工业控
制和消费产品控制,在世界范围内掀起了模糊控制应用高潮。
今天,模糊控制技术已经应用到相当广泛的领域中。例如,家用电器设备已
成为其主攻市场,诸如智能洗衣机、微波炉、吸尘器、空调机、照相机和摄相机
等。在工业闭环控制系统中有水进化处理、发酵控制、化学反应堆、水泥窖炉等
等。目前,各国都争先开发模糊新技术和新产品,将模糊技术作为本国技术发展
的关键技术之一,日本还将模糊控制技术开发作为开发第五代计算机的日本式
“革命”。模糊控制技术已成为自动控制技术领域一个重要分支。
目前,模糊控制技术日趋成熟和完善,模糊芯片也已研制成功且功能不断加
强,成本下降,直接采用模糊芯片开发产品已成为趋势。模糊技术除了在硬件、
软件、简单模糊控制技术上发展以外,还将在自适应模糊控制、混合模糊控制以
及神经模糊控制上取得较大发展。随着其它学科新理论新技术的建立和发展,模
糊理论的应用变得更加广泛,模糊控制理论结合人工神经网络和遗传基因等其它
学科的新兴技术形成的神经网络模糊技术,可以用于解决单一技术所不能解决的
问题。模糊理论在其它学科技术的推动下,正朝着更加广泛的方向发展。
1.2 模糊控制的特点
模糊控制理论是控制领域中非常有发展前途的一个分支,这是由于模糊控制
具有许多传统控制无法比拟的优点,其主要有如下几点:
(1)无需知道被控对象的数学模型
使用语言方法,可不需要掌握过程的精确数学模型。对复杂的生产过程很难
获取过程的精确数学模型,此语言方法却是一种很方便的近似。
(2)是一种反映人类智慧思维的智能控制
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