2022年MCS-单片机智能温度控制系统设计开题报告 .pdf
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1、更多毕业设计: QQ:306826066 毕业设计网: QQ:306826066 毕业设计(论文)开题报告信 电系工业电气自动化专业 04 级 1 班课题名称:MCS-51 单片机智能温度控制系统设计毕业设计(论文)起止时间:2006 年 2 月 10 日6 月 8 日(共 17 周)学生姓名:林晋斌学号:10 指导教师:黄云龙廖东进朱秋琴报告日期:2007年 3 月 1 日名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页,共 11 页 -信息与电子工程系毕业设计(开题报告)1 一、本课题所涉及的问题在国内(外)的研究现状综述(模糊控制)1.模糊控制理论概述传统的自动控制,包括经典理论
2、和现代控制理论都有一个共同的特点,即控制器的综合设计都要建立在被控对象准确的数学模型(如微分方程,传递函数或状态方程)的基础上。但是在实际工业生产中,建立精确的数学模型特别困难,甚至是不可能的。特别是对于具有非线性、时变、纯滞后等特点的温度控制系统,常规 PID控制器不能适应系统参数变化,达不到较好的动态控制性能。这种情况下,模糊控制的诞生就显得意义重大。2、PID 控制的原理及特点在工程实际中,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PID控制,又称 PID调节。PID 控制器问世至今已有近70 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一
3、。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PID 控制技术最为方便。即当我们不完全了解一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PID 控制技术。PID 控制,实际中也有 PI 和 PD控制。PID 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。3、模糊控制国内外发展动态国外最早取得应用成果的是1974年英国伦敦大学教授E.H.Mamdani,首先利用模糊控制语句组的模糊控制器,应用于锅炉和气轮机的运行控制,在实验室获得成功,标志着模
4、糊控制的诞生。随后,1975 年,英国的 P.J.King和 E.H.Mamdani 将模糊控制系统应用于工业发酵过程的温度控制中;1979 年,英国的 I.J.Procyk和 E.H.Mamdani研究了一种自组织的模糊控制器,它在控制过程中不断修改和调整控制规则,使得控制系统的性能不断完善;1983 年,日本学者 M.Sugeno和 Kurakani 将基于语言真值推理的模糊逻辑控制器,应用于汽车速度的控制,并且取得成功。模糊控制技术与传统PID技术相结合的研究国外也取得了许多成果。Tang通过对常规模糊控制器机理的分析,最早提出了一般模糊控制器和PI 控制器的相似性;Abdelnon:从
5、PID 控制角度,提出了Fuzzy-PI,Fuzzy-PD和 Fuzzy-PID 三种形式的模糊控制器,随后各种模糊 PID控制器都证明是非线性PID 控制器,Ying 最先提出模糊 PID控制器的解析结构,证明了各类 Mamdani模糊控制器是可变增益的非线性PI 控制器,Ying 和刘向杰等还采用名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页,共 11 页 -信息与电子工程系毕业设计(开题报告)2 器,并用于退火炉燃烧过程中;1988 年,河北廊纺市工具厂李利民、王金奎研制的高温盐浴炉微机控制系统以磁性调压器作为执行元件,采用 MPID调节方式,当炉温在 11001300范围内任
6、意调节,误差小于土20;1989年,武汉铝厂郑恭恒、沈协和用单片机实现炉温控制,采用 Bang-Bang和 PID 相结合的控制算法,达到了升温速度快,超调量小的控温效果;1997 年,吉林工业大学吕俊伟、王文成、黄海东研制的模糊一PI 一开关混合控制器用于渗炭炉温度控制系统,缩短了升温时间,大大提高了控制精度,最大超调量小于 1。4、模糊控制的发展趋势当代模糊控制技术己经进入新的发展阶段。1984 年美国推出“模糊决策支持系统”;日本则进入模糊控制实用化时期:(1)过去将大型机械设备和生产过程作为对象,而目前已经面向大众,如电视摄像机自动调焦等家用电气设备。(2)向复杂系统、智能系统、人类与
7、社会系统以及自然系统等方向扩展。(3)在硬件方面进一步研制模糊控制器、模糊推理等专用芯片,并且开发“模糊控制用的通用系统”。模糊控制技术发展至今,仍然存在以下主要问题:(1)模糊控制在非线性复杂系统应用中的模糊建模、模糊规则的建立和模糊推理算法的深入研究。(2)由于复杂模糊规则的相互作用,使得到的合成推理算法具有相当程度的非线性性能,致使模糊控制效果不够理想。(3)模糊控制系统的稳定性理论探讨。(4)自学习模糊控制策略和智能化系统结构及其实现。(5)简单、适用且具有模糊推理功能的模糊集成芯片和模糊控制装置、通用模糊控制系统的开发和推广应用。今后控制理论面临的突出问题是既要继续发展自身的理论,又
8、要在应用方面留下实实在在的成果。模糊控制模糊专家系统模糊控制工程将是构成未来系统的重要途径。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页,共 11 页 -信息与电子工程系毕业设计(开题报告)3 二、设计(论文)要解决的问题和拟采用的研究方法本设计的主要解决的问题是通过单片机控制系统,实现对温度的智能控制。具体设计方案如下:采用温度传感器完成对温度的数据采集,并把温度值转换为电压值,经过放大、A/D 转换为数字量进入单片机控制系统,与单片机中预置的参量进行比较后,得到误差量,并与上一次采集的误差量进行比较,得到误差的变化量,把误差量和误差的变化量作为模糊 PID 控制器的输入,经过软
9、件进行处理,输出控制量,经过D/A 转换后控制驱动电路,得到加在电炉上的平均电压。从而控制电炉的温度,实现温度的自动调节,使得温度稳定在设定值附近。解决问题过程中我们引路了模糊控制的概念。回顾了模糊控制理论的发展历史,指明了模糊控制在自动化控制领域的重要地位和作用;介绍模糊控制在国外的应用情况及国内模糊控制技术与PID 控制技术在炉温控制系统中的成功应用;阐述模糊控制在应用中存在的问题及今后的发展趋势;提出了电炉模糊PID温度控制系统的研究目标。着重阐述温度控制系统的工作原理。在分析传统数字PID 控制和模糊控制策略的基础上,结合两者的优点,提出模糊控制与PID 控制相结合的控制策略。下面简单
10、介绍模糊控制和 PID 控制的原理及特点:1、模糊控制理论模糊数学和模糊控制的概念是由美国加利福尼亚大学著名教授查德(L.A.Zadeh)在他的Fuzzy Sets,Fuzzy Algorithm和 A Retionnale for Fuzzy Control等著名论著中首先提出。1972年 2 月,日本以东京工业大学为中心,发起成立“模糊系统研究会”,1973 年公开使用“模糊控制工程”这一概念;1974年在加利福尼亚大学的美日研究班上,开始了有关“模糊集合及其应用”的国际学术交流。1978 年国际上开始发行 Fuzzy Sets and Systems专业杂志。1984 年,在夏威夷首次召
11、开国际会议,商讨成立国际学会事宜,同年年底“国际模糊系统学会”(IFSA-International Fuzzy System Association)成立,学会下设“智能系统”(Intelligent Systems)和“经营与生产中的模糊系统”(Fuzzy Systems in Business and Manufacturing)。首届 IFSA 国际学术会议于 1985 年在西班牙召开;1987 年在日本东京召开了第二届IFSA 国际会议。1992 年,IEEE Fuzzy Systems 国际会议开始举办,每年一次;1993 年,IEEE Trans.on Fuzzy Systems
12、开始出版。尽管模糊控制理论的提出至今只有30 多年,但其发展迅速。在模糊控制理论与算法、名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页,共 11 页 -信息与电子工程系毕业设计(开题报告)4 模糊推理、工业控制应用、模户硬件与系统集成,以及稳定性理论研究等方面都取得了重大进展。应用范围日益广泛,并且不断与计算机技术、半导体技术相互融合。3、模糊控制的地位和作用80 年代以来,自动控制系统被控对象日益复杂,它不仅表现在控制系统具有多输入一多输出的强藕合性、参数时变性和严重的非线性特征,更突出的是从系统对象所能获得的知识信息量相对地减少,以及与此相反地对控制性能的要求却日益高度化。然而,
13、正如Zadeh 教授于 1973 年所指出的:“当一个系统复杂性增大时,人们能使它精确化的能力将降低,当达到一定的闭值时,复杂性和精确性将相互排斥”(即“不相容原理”)。也就是说,在多变量、非线性、时变的大系统中,要想精确地描述复杂对象与系统的任何物理现象和运动状态,实际上是不可能的。关键的是如何使准确和简明之间取得平衡,而使问题的描述具有意义。模糊控制理论的研究和应用在现代自动控制领域中的地位和意义,可以用图来表示。图 1.1 模糊控制在控制领域中的重要地位和作用名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页,共 11 页 -信息与电子工程系毕业设计(开题报告)5 图中表示了经典控
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