的选择„„„„„„„„ 四系统软件设计„„„„„„„„„„„„„„ 四系统调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 常见的硬件故障„„„„„„„„„„„„„„ 二联机调试和脱机调试„„„„„„„„„„„ 三软件调试方法„„„„„„„„„„„„„„ 四误差分析„„„„„„„„„„„„„„„„ 五结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 六参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 引言 课题的提出和意义 随着社会的发展，温度的测量及控制变得越来越重要。无论你 生活在任何地方，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。 在工业高速发展中为了高效的进行生产，其中温度的测量及控制扮 演者重要的角色。准确测量和有效控制温度是优质，高产，低耗和 安全生产的重要条件。在钢铁冶金水泥玻璃医药等行业， 可以说几乎的工业部门都不得不考虑着温度的因素。控制器。控制器各校正环节的作用如下 比例环节即时成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差旦 产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差 比例调节的方程为 其中，为比例调节器的输出量，为比例系数，为调节器 的输入或偏差值。而可表示成 这里为设定的目标值，为时刻的采样值。 渤海大学 毕业论文设计 题目模糊温度控制系统设计 院系工学院 专业自动化 姓名 指导教师 完成日期年月日 模糊温度控制系统设计 摘要模糊的温度控制系统具有真正的智能化和灵活性，越 来越多的温度控制系统都基于模糊算法而设计。当控制对象很 复杂的情况下，常规温度控制器已经不再适用了，为了提高对 复杂系统的控制性能，要使用模糊温度控制器。 本文设计了种基于模糊的温度控制系统，以单片 机为核心，首先介绍了模糊控制理论基础系统的硬件设计以 及硬件选择，其次从硬件和软件两方面介绍了单片机温度控 制系统的设计思 ， ， ， 目录 引言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 课题的提出和意义„„„„„„„„„„„„ 二概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 三控制器的发展„„„„„„„„„„„„„ 二模糊控制„„„„„„„„„„„„„„„„ 模糊控制发展及优点„„„„„„„„„„ 二模糊控制理论„„„„„„„„„„„„„„„ 三路，简单说明如何实现对温度的控制，并对硬件原 理图和程序框图作了简洁的描述。 关键词模糊单片机温度传感器温度控制 ， ， ， ， 制器的方向发展。 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例积 分微分控制，简称控制，又称调节。控制器问世 至今已有近年历史，它以其结构简单稳定性好工作可靠 调整方便而成为工业控制的主要技术之。当被控对象的结构和 参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其 它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现 场调试来确定，这时应用控制技术最为方便。即当我们不完 全了解个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得 系统参数时，最适合用控制技术。控制，实际中也有 和控制。控制器就是根据系统的误差，利用比例积分 微分计算出控制量进行控制的。 比例控制 比例控制是种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入 误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误 差。 积分控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比 关系。对个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差， 则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除 稳态误差，在控制器中必须引入积分项。积分项对误差取决 于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。易 于接受与理解，设计简单，便于应用。由工业过程的定性认识出 发，比较容易建立语言控制规则，因而模糊控制对那些数学模型难 以获取，动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。基于 模型的控制算法及系统设计方法，由于出发点和性能指标的不同， 容易导致较大差异但个系统语言控制规则却具有相对的独立性， 利用这些控制规律间的模糊连接，容易找到折中的选择，使控制效 果优于常规控制器。 模糊控制是基于启发性的知识及语言决策规则设计的，这有利 于模拟人工控制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具 有定的智能水平。模糊控制系统的鲁棒性强，干扰和参数变化对 控制效果的影响被大大减弱，尤其适合于非线性时变及纯滞后系 统的控制。 常规的控制系统原理框图如下图所示，系统由控制器 和被控对象组成。 比例 积分 微分 被控对象 控制系统原理框图 控制器是种线性控制器，它根据给定值与实际输出值 构成控制偏差 将偏差的比例积分和微分通过线性组合构成控 制量，对被控对象进 控制，故样，即便误 差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输 出增大使稳态误差进步减小，直到等于零。因此，比例积分 控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分即误 差的变化率成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过 程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯 性组件环节或有滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总 是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化 超前，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这 就是说，在控制器中仅引入比例项往往是不够的，比例项的 作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是微分项，它 能预测误差变化的趋势，这样，具有比例微分的控制器，就能 够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了 被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例 微分控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 二模糊控制理论 模糊控制是种基于规则的控制，它直接采用语言型控制规则， 出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不 需要建立被控对象的精确的数学模型，因而使得控制机理和策略二概述 温度是生活及生产中最基本的物理量，它表征的是物体的冷热 程度。自然界中任何物理化学过程都紧密的与温度相联系。在很 多生产过程中，温度的测量和控制都直接和安全生产提高生产效 率保证产品质量节约能源等重大技术经济指标相联系。因此， 温度的测量与控制在国民经济各个领域中均受到了相当程度的重 视。 温度控制，在工业自动化控制中占有非常重要的地位。单片机 系统的开发应用给现代工业测控领域带来了次新的技术革命，自 动化智能化均离不开单片机的应用。将单片机控制方法运用到温 度控制系统中，可以克服温度控制系统中存在的严重滞后现象，同 时在提高采样频率的基础上可以很大程度的提高控制效果和控制精 度。现代自动控制越来越朝着智能化发展，在很多自动控制系统中 都用到了工控机，小型机甚至是巨型机处理机等，当然这些处理 机有个很大的特点，那就是很高的运行速度，很大的内存，大量 的数据存储器。但随之而来的是巨额的成本。在很多的小型系统中， 处理机的成本占系统成本的比例高达，而对于这些小型的系统来 说，配置个如此高速的处理机没有任何必要，因为这些小系统追 求经济效益，而不是最在乎系统的快速性，所以用成本低廉的单片 机控制小型的，而又不是很复杂，不需要大量复运算的系统中是 非常适合的。 温度控制，在工业自动化控制中占有非常重要的地位，如在钢 铁冶炼过程中要对出炉的钢铁进行热处理，才能达到性能指标，塑 料的定型过程中也要保持定的温度。随着科学技术的迅猛发展， 各个领域对自动控制系统控制精度响应速度系统稳定性与自适 应能力的要求越来越高，被控对象或过程的非线性时变性多参 数点的强烈耦合较大的随机扰动各种不确定性以及现场测试手 段不完善等，使难以按数学方法建立被控对象的精确模型的情况。 随着电子技术以及应用需求的发展，单片机技术得到了迅速的 发展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的 进展。伴随着科学技术的发展，电子技术有了更高的飞跃，我们必 须要好好地利用温度的测量和控制。 今天，我们的生活环境和工作环境有越来越多称之为单片机的 小电脑在为我们服务。单片机在工业控制尖端武器通信设备 信息处理家用电器等根据工业过程进行组合，而且其应用时期较长，控制工程师们已 经积累大量的控制器参数的调节经验。因此，控制器在工业 控制中仍然得到广泛的应用，许多工业控制器仍然采用控制器。 控制器的发展经历了液动式气动式电动式几个阶段，目 前正由模拟控制器向着数字化智能化控 系统硬件电路模型的建立„„„„„„„„„ 二系统设计原则及系统总电路图„„„„„„„ 三单片机和温度传感器的选择„„„„„„„„ 四系统软件设计„„„„„„„„„„„„„„ 四系统调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 常见的硬件故障„„„„„„„„„„„„„„ 二联机调试和脱机调试„„„„„„„„„„„ 三软件调试方法„„„„„„„„„„„„„„ 四误差分析„„„„„„„„„„„„„„„„ 五结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 六参考文献„„„„„