■一基于AVR王一j二毒jj：麟攀攀攀黍TE~OG~‰]l[IrrB}黼觑觑J且]i[D的E∈【66】k，=，l，6／3kl，。2=EC∈【12，12]12／34温度控制系统诚根据现场调节经验控制器采用如表1所示的语言控制规则根据模糊控制器控制规则求取二维输入的模糊关系：ifEiandECithenU(ijl27)用模糊关系R描述为。，=…．，，，，R‘ij．．E‘jEC‘jU_jR“的隶属函数为R(eecu)“=，；，，E；(e)“EC．(ec)¨U。j在按合成运算法求得模糊控制的输出模糊子集：采用AVR单片机ATMega88作为核心处理器并采用了FuzzyPID复合控制其主要设计思想是当温度偏差较大的时候采用U=伯×EC)“”。R。，，控制以加快响应速度；当温度偏差较小进入稳态过程后则由程序切换~I]PID控制消除静差提高控制精度Fuzzy，，式中的0为合成运算由于上式给出的控制策略U是个模糊量故在具体执行时应通过判决转化为精确量本系统中采用加权平均判决法可zy控制器的输出：z得Fu一，，，，，，。2控制器的设计Fzuz∑p@)，，UyPID。温度控制系统的结构框图U=型i—一1引言，温度是生产过程和科学试验中普遍存在的被控物理参数而温度系统为大滞后系统较大的纯滞后可引起系统不稳定大量的应用实践表明采用传统的PID控制稳态响应特性较好但难以得到满意的动态响应特性模糊控制的优点是能够得到较好的动态响应特性并且无需知道被控对象的数学模型适应性强鲁棒性好但模糊控制也存在固有的缺点容易受模糊规则有限等级的而引起误差设计中，。，，。，，，。，。如图1所示系统由被控对象温度传感器比较器FuzzyPID控制器和执行机构等5部分组成21模糊控制器的结构设计模糊控制器输入变量的eec分别表示温度偏差和偏差变化率规定论域由7个元素组成：l0l23]o【【32设输入量的语言变量分别为EEC它们的词集相同定义为：A{NBNMNSZEPSPMPB}其含义依次为负大负中负小零正小正中正大输出变量U用以确定控制量并规定其论域由13个元素主成：5210l23434b[_656】设输出量的语言变量为U它的词集定义为：B{NBNMNSZEPSPMPBl其含义依次为负大负中负小零正小正中正大论域中语言变量均采用离散型隶属度函数并设现场语言变量的范围和比例因子分别为、、∑u@)，i：I、。．、，=，，，，，，，，，=，，，，，，的观测值均根据对于所有i12上式求出对应的U组成控制查询表采用计算查表法可提高查表速度为此把作用eec的7个等级从小到大按EEC的顺序排列依次存放相应的U需要指出的是正确选择比例因子对整个系统合理运行是至关重要的设控制量的比例因子为k精确控制量：△uk×U22PID控制器的设计利用脉冲响应法测量被控对象的传递函数为阶惯性环节加纯滞后…，，，，。，，，，，。，。，，，。．一。、、、、、、。G岱1竺二：、。?S十l，=，，，，，，，，，，，，，=，，，，，，其中：K为对象放大系数；r为纯滞后时间；T为对象时间常数增量式数字PID控制算法为：Au(n)U(n)U(n1)仅e(n1)+G【e(n2)0【e(n)oTs)OLk(1+Ts／TI+TD／。。==．，。。、、、、、、。陶温控艨际刊，s1表1E控制规则表EC中上l塑图2flAnm№NMNS亚PSPMPBPBPS嗍№№埯俺PMPMPSZEPMPM匝砸NilⅢNBPSPSPMPSPSPg亚孤NS瑚№mml拈墅88竖型lPS匝懈瑚riBPSPS匝砸陋PS孤孤孤蕊NHm瑚№NB№№图1FuzzyPID控制系统框图PB隅系统硬件结构图116ｄ ＝ｋ （１＋２Ｔ｛／Ｔｓ） ａ ２ ｋ Ｔｌ】／Ｔｓ 式中：Ｔ 为采样周期。参照响应曲线 选择，最后结和实验确定为采样周期Ｔ 。利 用控制软件实现增量式控制算法，并输出 控制量Ｕ（ｎ）。 制，由程序根据事先给定的偏差范围自动 实现切换。软件流程图如图３所示。 ５结论 本文将Ｆｕｚｚｙ ＰＩＤ算法应用干ＡＶＲ 温度控制系统，设计目标是在同样的控制 精度条件下，使系统的过渡时间尽可能短， １ Ｓ Ｈ Ｏ Ｔ＝１，仅执行１次转换；如果 １ＳＨＯＴ ０执行连续转换直至停止转换命令 执行。 【２２Ｈ１停止转换。当处于连续转换时， 执行停止。 【ＡＡＨ Ｊ读取温度。从温度寄存器中读 ３系统硬件结构 改善控制效果。采用复合控制，即具有模糊 取最后转换的温度值。 控制系统硬件结构如图２所示，是由 控制灵活、响应快和适应性能强的优点，又 【Ａ１Ｈ】读／写Ｔ 寄存器。 ＡＶＲ单片机ＡＴＭｅｇａ８８、传感器、执行机 具有ＰＩＤ控制精度高的特点，使系统能有 【Ａ２Ｈ］读／写Ｔ 寄存器。 构与被控对象组成的闭环控制系统。 效抑制纯滞后的影响，而且鲁棒性强，当参 ｆＡＣＨ】读／写配置存器。 控制系统中，采用ｊ＇高精度集成运放 数变化较大及有干扰时，仍能取得较好的 【５４Ｈ］软件上电复位。恢复上电时的寄 ＯＰ０７对铂电阻的毫伏级热电势进行差动放 控制效果。系统经调试和实际现场运行，得 存器状态。 大、滤波，将检测的电压信号送至 到了预期效果。当温度值为８０￣Ｃ时，采用 ３．４工作程序 ＡＴＭｅｇａ８８处理器的Ａ／Ｄ采集输入引脚。 单纯的ＰＩＤ控制盹最大超调量为８．６％，调 供电后，ＤＳ１ ７３ １内部的温度传感器检 采样此值并通过查取Ｆｌａｓｈ或ＳＤＣａｒｄ中温 节时间ｔ ３６ｒａｉｎ。采用Ｆｕｚｚｙ—ＰＩＤ复 测温度，并经Ａ一∑式Ａ／Ｄ转换器转换成 度与电压之间的对应关系表，得到温度值。 合控制时：最大超调量为０．５８％，调节时间 ９ １２位二进制数字量，并将结果存于温 然后通过ＦｕＺｚＹ—ＰＩＤ控制器计算得到 ｔ ＝２１ｒａｉｎ。实验结果表明，采用Ｆｕｚｚｙ 度寄存器中。在应用中，用户可以通过程序 ＰＷＭ脉冲的占空比，对加载电压进行控 ＰＩＤ复合控制算法过渡过程时间、最大 设置分辨率寄存器来实现不同的温度分辨 制，最终完成对温控对象的温度的控制。 超调量均优于ＰＩＤ控制算法。 率，其分辨率有９位、ｌ０位、ｌ１位或ｌ２位 系统使用ＡＶＲ芯片内部看门狗监控， 五种，对应温度分辨率分别为１．０℃、０．５ ＳＰＩ总线外按１ＧＢ容量的ＳＤＣａｒｄ作为海量 ℃、０．２５℃、０．１２５℃或０．０６２５℃，温度转 数据存储扩展，ＳＤＣａｒｄ用来存放铂电阻的 参考 ｌｌｌ｜ ０ 换结果的默认分辨率为９位。 误差校正和各段定标系数，实现对铂电阻 …１李士勇．模糊控制・神经控制和智能控 传感器ＤＳ１７３１将温度转换成数字量后 的误差校正和非线性补偿，￣１：９１、还能存储 制 Ｍｊ。哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社． 以二进制的补码格式存储于温度寄存器中， 实时采集的温度信息和控制参数供后期数 ［２］李友善，李军．模糊控制理论及其在过 通过接口，温度寄存器中的数据可以被读 据分析和处理。Ｒ Ｓ ２ ３ ２通讯接口采用 程控制中的应用［Ｍ］．北京：国防工业出版社． 出。输出数据的地址如表２所示，输出数据 ＭＡＸ２３２芯片与上位机进行通讯，一方面 ［５］何立民．单片机应用系统设计［Ｍ］．北京： 的二进制形式与十六进制形式的精确关系 完成向上位机传送带有实时温度值或接收 北京航空航天大学出版社 如表３所示。在表３中，假定ＤＳＩ７３ｌ配置 上位机命令实时控制温控过程。此外系统 ［４］周俊杰（译）嵌入式．ｃ编程与ＡＴＭＥＬ 为１ ２位分辨率。 提供键盘和ＬＣＤ显示接ｕ连接４×４的小 ＡＶＲ，［Ｍ］．北京：清华大学出版社 ４应用电路 键盘和１２８×６４的点阵液品屏，供操作人 员现场观察系统工作状态，控制温控过程。 意髓 ０ｌｌ＿＿ｌｌ ０ ０＿ ｌ ＿ ＤＳ１７３１典型应用电路如图３所示，通 王一诚（１ ９ ７ ２一 男．国防科技大学在 过２线串行接口与单片机或其他器件通信。 ４软件设计 职研究生．主要研究方向为现代控制技术。 工作过程中，单片机设定温度上、下限值。 设计中稃序采用模块化结构编制，键 ＳＤＡ ｌ ＳＤＡ 盘输人、显示输出、被测数据处理、Ｆｕｚｚｙ ＳＣＬ ｛ ｛ ＳＣＬ ＰＩＤ控制算法、ＲＳ２３２通信等功能的实 ８９Ｃ５１ 现由各子程序完成。 Ｆｕｚｚｙ—ＰＩＤ控制算法的设计思想是： 申申 ＤＳｌ’＿ｊ１ 在大偏差范围采全速加温，【｝】等偏差用 《上接第¨５页 图３ ＤＳ１７３１典型应用电路 Ｆｕｚｚｙ控制，在小偏差范闱内转换成ＰＩＤ控 ５结束语 Ｒ 温魔分辨率 鼹丈转换时间 集成数字温度传感器ＤＳ１７３ｌ利用其内 ０ Ｏ ９ ９３．７Ｓｉｎｓ ０ ｌ １０ １８７．５ｍｓ 部的温度传感器、Ａ／Ｄ转换器可直接将温 １ Ｏ １１ ３７Ｓｍｓ 度信号转换成数字量输出，与单片机及外 １ ｌ １２ ７５０ｍｓ 围电路可构成功能多样、性能稳定的温度 表１温度分辨率设置 测量、控制系统。相信ＤＳ１７３１的应用会更 ３．２控制字 加广泛。 控制字如下所示。 既 噩瑷墨 ［１】沙占友．集成传感器应用［Ｍ］ 北京机 控制字由主机发出，包括７位地址码和 氏电力电强社．２００５． 一位读写标志。Ｄ７～Ｄ４为１００１，Ａ ～Ａ 是 ［２］张志良．单片机原理与控制技科Ｍ］．北 ＤＳｌ７３１的地址，Ｒ／ｗ为读写标志，Ｒ／ 京：讯槭ｌ 粗牧社．２００５． Ｗ＝ｌ为读，Ｒ／Ｗ＝０为写。 ｗｗｗ 谳．ｃｏｒｎ资 ３．３命令集 ＤＳ１７３ｌ的命令集内容如下： 高锋（１ｇ８｛一｝ ｌ男．讲师。主要研究方向 图３控制算法软件流程图 【５１Ｈ】开始转换。初始温度转换，如果 为传惑器．卑 机盔甩 ｌｌ７
