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1、 存档日期： 存档编号： 本科生毕业设计（论文） 论 文 题 目：单片机模糊自整定PID控制系统设计姓 名： 学 院： 电气工程及自动化学院 专 业： 自动化 班 级 、 学 号： 指 导 教 师： 江苏师范大学教务处印制 摘 要传统PID的控制原理较为简单,使用也较方便,鲁棒性强,在被控对象的数学模型较精确时也可使用，因而长期以来被广泛地应用于工业过程控制中,并且取得了良好的控制效果。就目前最新的过程控制计算机，其基本控制方式也仍然是PID控制。但对于时变、高阶、非线性等复杂工业过程而言，传统的PID控制通常达不到理想的控制效果。而模糊控制器，由于其具有更强的鲁棒性，对于工业过程通常有更好的
2、控制效果，最近几年来，模糊PID控制器因其具有结构相对简单、可解析等优点，在工业设计界得到了非常广泛的应用。因此，模糊控制器的调整方法在模糊PID控制器的工业应用推广中具有重要意义。其调整思路是将成熟的PID自整定的理论扩展到模糊PID控制器调整中。其过程是：首先采用传统的系统识别方法来识别受控对象，得到模型低阶的时滞过程，基于此模型再来整定模糊PID参数。模糊PID控制器的原始模型是不容易直接进行参数调整的，而是进一步推导原始模型得到一个新的分析模型，该模型包括线性与非线性部分，并最终把非线性部分作为一个过程的干扰来分析，模糊自整定PID参数将被转换为一个线性PID参数来整定。本文研究了一种
3、基于51单片机的模糊自整定PID控制系统，针对控制对象，制定Fuzzy控制规则，采用MATLAB仿真软件实现模糊控制的PID参数的自整定，结合硬件及软件设计，该设计效果可以提高系统的实时性，响应速度，稳定性。关键词: PID控制 模糊控制 单片机Abstract Traditional PID control principle is relatively simple, more convenient to use, robustness, and can also be used in the mathematical model of the inaccurate controlled
4、object, and thus it has been widely used in industrial process control, and has made good control effect. As for the latest process control computer, its basic control method is PID control. However, for high-end, time-varying, nonlinear, complex industrial processes, the traditional PID control usu
5、ally can not reach to the desired control. But for the fuzzy controller, due to its advantages of robustness, it has better control effect for industrial processes. In recent years, fuzzy PID controller has been more widely used in industry because of its relatively simple structure. Therefore, the
6、method of fuzzy controller is of great significance for the promotion of industrial applications of fuzzy PID controllers. Tuning idea is mature PID self-tuning theory extended to the fuzzy PID controller tuning. The process is that taking the first conventional system identification methods into id
7、entifying the controlled object to get the process of low-end model with delay, and then to rectify the fuzzy PID parameters based on the model. The original model of fuzzy PID controller is not easy to direct parameter, it has made a further derivation into the original model, the model includes a
8、linear part and nonlinear part, and finally the nonlinear part will be analyzed as a disturbance of the process, the fuzzy PID parameters tuning will be analyzed after it is converted to a linear PID parameters. This paper studies a kind of fuzzy PID control system based on the 51 SCM. We set the fu
9、zzy control rules for this controlled object. The software called MATLAB is used to realize the tuning of the parameters of the fuzzy PID controller. Combining with hardware and software, we can improve its real-time response, speed and stability. Key words: PID control fuzzy control SCM目 录摘要IAbstra
10、ctII1 概述11.1 研究课题的意义11.2 国内外研究现状6 1.3 课题方案7 2 模糊自整定PID控制器设计理论82.1 PID控制器82.2 模糊控制原理112.3 模糊自整定PID控制器设计193 模糊自整定PID控制器设仿真223.1 传统PID控制器设计及仿真223.2 模糊自整定PID控制器设计及真244 单片机实现374.1 硬件设计374.2 软件设计415 总结与展望46致谢47参考文献48IV江苏师范大学本科生毕业设计 单片机模糊自整定PID控制系统设计1 概述1.1 研究课题的意义 控制是一个重要的概念，在现代控制理论及各种耦合运行系统中，其意义是采取一定的措施，
11、以保持平衡不超过系统状态的标准范围内，达到预期的目的。1.1.1 自动控制原理中三点控制理论的基本原则（1）系统中任何元素的集合链接及因果关系链。（2）为控制耦合系统的运行，我们必须确定ZZ标准值的控制标准，即用一个函数来改变一个参数s，z =F（S）。例如，控制飞机的导航，必须确定航线上的飞机位置，而其值都在不断变化，因此控制标准值的Z还必须不断改变。（3）可以通过调整Z系统输出之间的偏差纠正标准值，以实现对系统的控制。控制耦合系统的运行，包括两层含义：首先，确定系统状态的变化（即轨道），并确定控制目标;其次，连续调整轨道以保持该系统的运作。在这里，控制活动，包括三个要素，信息，选择和调节的
12、目的。你需要校正系统控制的活动，内部和外部的干扰，及时的偏差。恢复系统的稳态信息选项是控制活动，以达到控制的基本条件为整个过程，而不是从信息和它的转换过程来考虑，那些是没有选择的信息，是不能达到控制目的的。耦合控制系统规范运行的一个核心组件或一定程度的调整，是为了满足预期的要求。从本质上讲，控制的手段，本身并不是目的，而是为了提高系统的运行状态，并保持系统的稳定性，控制过程是一个过程信息传输，它应该是两个信息系统的工作标准。输出反馈系统的传输，而且还要重新调整传递信息，发挥调节作用，控制信息处理活动，以实现自己的目标。内部控制机制是一个反馈的过程，由于存在着信息的输出反馈，其转化过程必须存在反
13、馈过程，这样你就可以实现有效控制系统。在工业过程控制中PID控制器是很常见的一种调节控制器，它能广泛应用于化工、机械、冶金和轻工业等工业过程控制系统中。1.1.2 PID控制器的简介当前，工业自动化的水平正逐步成为衡量一个企业现代化水平的重要指标，自动控制原理经历了三个阶段的发展，即经典控制理论，现代控制理论以及智能控制理论。一个完整的控制系统由以下几部分组成：控制器，传感器，变送器，执行机构，输入和输出接口。不同的控制系统，传感器，变送器，执行机构显然是不一样的，比如说压力控制系统的压力传感器，电加热控制系统的传感器，温度传感器，PID控制器或者智能PID控制器，目前各大公司已经开发出的产品
14、在工程实践中已被广泛使用，各种PID控制器，PID参数自整定的智能调节器（智能调节）通过这种智能化的调整或自校正PID控制器参数的自动调节功能，实现自适应算法，采用PID控制压力，温度，流量，液位控制器，PID控制功能的可编程控制器（PLC），以及PID控制的PC系统得到越来越广泛的应用。可编程逻辑控制器（PLC）是利用其闭环控制模块来实现PID控制，可编程逻辑控制器（PLC）可以直接与Control Net相连，如罗克韦尔PLC-5等，以及控制器如Rockwell的Logix的产品线，可以实现PID控制功能，它可以直接连接到Control Net，使用互联网的远程控制功能1。 开环控制系统
15、开环控制系统（open-loop control system），是指控制器不依赖于被控对象的输（被控变量），即在此控制系统中被控变量不返送任何值。 闭环控制系统 闭环控制系统（closed-loop control system）的特点是被控对象的输出（被控变量），影响控制器的输出，形成一个或多个闭环和闭环控制系统，一般闭环控制系统采用负反馈，又称负反馈控制系统，如一个控制系统将传感器作为反馈行为，人类通过不断的校正系统，可以较准确地做出选择。再例如，全自动洗衣机工作时能够不断检查是否将衣服洗净，并能自动切断电源洗涤，它也是一个闭环控制系统 。简言之，开环控制，控制系统中没有反馈，运行精度和误差没有办法控制；闭环控制，控制系统中有反馈，控制信号发出给运动系统，经反馈给控制系统，达到一个信号闭环控制，控制精度比较高。 PID控制的
