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信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（文獻(xiàn)綜述） 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)文獻(xiàn)綜述 信 電 系 工業(yè)電氣自動化 專業(yè) 級 1 班 課題名稱：MCS-51單片機(jī)智能溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)起止時間： 　 　年 2月15日～6月8日(共17周) 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 10 指導(dǎo)教師： 報告日期： 年6月8日 4 文獻(xiàn)綜述 溫度控制在熱處理工藝過程中,是一個非常重要的環(huán)節(jié)?？刂凭戎苯佑绊懼a(chǎn)品質(zhì)量的好壞。實(shí)驗(yàn)室人員根據(jù)材料的燒成制度來調(diào)節(jié)電爐的輸出電壓以實(shí)現(xiàn)對電爐的溫度控制。一般的有兩種方法:第一種就是手動調(diào)壓法,第二種控制方法在主回路中采取雙向可控硅裝置,并結(jié)合一些簡單的儀表,使得保溫階段能夠自動,但這兩種方法的升溫過程都是依賴于試驗(yàn)者的調(diào)節(jié),并不能精確的按照給定的升降溫速度來調(diào)節(jié)。本文提出的以參數(shù)自整定PID 控制為基礎(chǔ)的溫控系統(tǒng)簡單、可靠,大大提高了控制質(zhì)量及自動化水平,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。 電爐是熱處理生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的加熱設(shè)備，通過布置在爐內(nèi)的電熱元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能,借助輻射與對流的傳熱方式加熱工件。通?？捎靡韵履Ｐ投ㄐ悦枋? 式中　 X——電爐內(nèi)溫升（指爐內(nèi)溫度與室溫溫差) K——放大系數(shù) t——加熱時間 T——時間系數(shù) V——控制電壓 τ0——純滯后時間 但在實(shí)際熱力過程中，由于被加熱金屬的導(dǎo)熱率、裝入量以及加熱溫度等因素的不同，直接影響著 K 、T 、τ0等參數(shù)的變化，因此電爐本身具有很大的不確定性。 溫度控制在熱處理工藝過程中,是一個非常重要的環(huán)節(jié)?？刂凭戎苯佑绊懼a(chǎn)品質(zhì)量的好壞。根據(jù)不同的目的，將材料及其制件加熱到適宜的溫度。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，電爐隨著負(fù)荷變化或干擾因素的影響，其對象特性或結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。電爐溫控具有升溫單向性、大時滯和時變的特點(diǎn)，如升溫靠電阻絲加熱，降溫依靠自然冷卻，溫度超調(diào)后調(diào)整慢，因此用傳統(tǒng)的控制方法難以得到更好的控制效果。另外對于 PID 控制，若條件稍有變化，則控制參數(shù)也需調(diào)整。自適應(yīng)控制運(yùn)用現(xiàn)代控制理論在線辨識對象特征參數(shù)，實(shí)時改變其控制策略，使控制系統(tǒng)指標(biāo)保持在最佳范圍內(nèi)。但由于操作者經(jīng)驗(yàn)不易精確描述，控制過程中各種信號量以及評價指標(biāo)不易定量表示，而模糊理論正是解決這一問題的有效途徑。 人們運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的基本理論和方法，把規(guī)則的條件操作用模糊集表示并把這些模糊控制規(guī)則及有關(guān)信息(如評價指標(biāo)、初始 PID 參數(shù)等)作為知識存入計(jì)算機(jī)知識庫中，然后計(jì)算機(jī)根據(jù)控制系統(tǒng)的實(shí)際響應(yīng)情況運(yùn)用模糊推理，實(shí)現(xiàn)自動對 PID 參數(shù)的最佳調(diào)整。 如圖2—1 為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題——采用軟件PID控制的熱處理器系統(tǒng)的框圖。其工作原理為：熱處理器的有14個溫度傳感器和14個控制閥，溫度傳感器與控制閥是一一對應(yīng)的對關(guān)，一個測溫點(diǎn)對應(yīng)一個控制閥。來至熱處理器的溫度經(jīng)溫度傳感器將現(xiàn)場信號傳化為電信號，再經(jīng)放大器將信號放大，經(jīng)多路開關(guān)選擇通過，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字量并送入單片機(jī)進(jìn)行控制處理，單片機(jī)的控制信號由P0輸出并由8155擴(kuò)展，使其能滿足14路輸出的控制要求，控制信號控制固態(tài)繼電器的輸出，從而驅(qū)動電磁閥開關(guān)，實(shí)現(xiàn)溫度的控制。 本設(shè)計(jì)控制的是電爐的溫度的系統(tǒng)，在此我們選用了模糊自整定 PID 控制器，以提高控制的精度，靈活性，適應(yīng)性。 模糊自整定 PID 控制應(yīng)用在具有明顯的純滯后、非線性、參數(shù)時變類似于電爐這樣特點(diǎn)的控制對象可以獲得很好的控制性能。大量的理論研究和實(shí)踐也充分證明了用模糊自整定 PID 控制電爐溫度是一非常好的解決方法。它不僅能發(fā)揮模糊控制的魯棒性好、動態(tài)響應(yīng)好、上升時間快和超調(diào)小的特點(diǎn)，又具有 PID 控制器的動態(tài)跟蹤品質(zhì)和穩(wěn)態(tài)精度。因此在溫度控制器設(shè)計(jì)中，采用 PID 參數(shù)模糊自整定復(fù)合控制，實(shí)現(xiàn) PID 參數(shù)的在線自調(diào)整功能，可以進(jìn)一步完善 PID 控制的自適應(yīng)性能，在實(shí)際應(yīng)用中也取得了較好的效果。 模糊自整定 PID 控制是在一般 PID 控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，加上一個模糊控制規(guī)則環(huán)節(jié)，利用模糊控制規(guī)則在線對 PID 參數(shù)進(jìn)行修改的一種自適應(yīng)控制系統(tǒng)。它以誤差e和誤差變化ec作為輸入，可以滿足不同時刻的e和ec對參數(shù)自整定的要求。它將模糊控制和 PID 控制器兩者結(jié)合起來，揚(yáng)長避短，既具有模糊控制靈活而適應(yīng)性強(qiáng)，調(diào)節(jié)速度快的優(yōu)點(diǎn)，又具有 PID 控制無靜差、穩(wěn)定性好、精度高的特點(diǎn)，對復(fù)雜控制系統(tǒng)和高精度伺服系統(tǒng)具有良好的控制效果。如圖。 模糊自整定 PID 控制是在一般 PID 控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加上一個模糊控制規(guī)則環(huán)節(jié)，利用模糊控制規(guī)則在線對 PID 參數(shù)進(jìn)行修改的一種自適應(yīng)控制系統(tǒng)。它以誤差e和誤差變化ec作為輸入，可以滿足不同時刻的e和ec對參數(shù)自整定的要求。它將模糊控制和 PID 控制器兩者結(jié)合起來，揚(yáng)長避短，既具有模糊控制靈活而適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又具有 PID 控制精度高的特點(diǎn)，對復(fù)雜控制系統(tǒng)和高精度伺服系統(tǒng)具有良好的控制效果。 參考文獻(xiàn) [1]陳明熒 8051單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教材 ?北京清華大學(xué)出版社 [2]胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)?? 北京清華大學(xué)出版社 [3]徐淑華等 單片機(jī)微型機(jī)原理及應(yīng)用 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 [4]范風(fēng)強(qiáng)等 單片機(jī)C5應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)集錦? 北京電子工業(yè)出版社 [5]徐學(xué)峰主編.傳感器變送器測控儀表大全 北京機(jī)械工業(yè)出版社, [6]謝新民,丁鋒編著.自適應(yīng)控制系統(tǒng) 北京清華大學(xué)出版社? [7]李士勇.模糊控制和智能控制理論與應(yīng)用 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, [8]高東杰等編著 應(yīng)用先進(jìn)控制技術(shù) 北京國防工業(yè)出版社 [9]陶永華 新型PID控制及其應(yīng)用第二版 北京機(jī)械工業(yè)出版社 [10]戴伏生 基礎(chǔ)電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐 國防工業(yè)出版社 [11]顧明文 可控硅溫控器的工作原理及故障維修 實(shí)驗(yàn)室研究與探索 [12]鄭雪梅,姜成國,周廣銘.模糊PID控制器結(jié)構(gòu) 大慶石油學(xué)院報 [13]張化光,何希勤.模糊自適應(yīng)控制理論及其應(yīng)用 北京航空航天大學(xué)出版社, [14]劉金錕著.先進(jìn)PID控制及其MATLAB仿真 北京電子工業(yè)出版社 [15]張建民,王濤,王忠禮編著.智能控制原理及應(yīng)用 北京冶金工業(yè)出版社 [16]劉豹主編.現(xiàn)代控制理論 北京機(jī)械工業(yè)出版社 [17]徐科軍等著.自動檢測和儀表中的共性技術(shù) 北京清華大學(xué)出版社, [18]丁玉美,高西全,彭學(xué)愚.數(shù)字信號處理 西安電子科技大學(xué)出版社 [19]孫傳友等 測控電路及裝置 北京航空航天大學(xué)出版社 [20] 王學(xué)前.奧氏體狀態(tài)控制及零保溫加熱工藝 四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報 [21] 王學(xué)前,霍金山.加熱過程控制及透燒檢測 四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報 [22] 李家昌主編.自動控制儀表 武漢工業(yè)大學(xué)出版社 [23] 李明.熱電偶的冷端補(bǔ)償及線性處理 煤炭科學(xué)技術(shù) [24] 張慶玲.熱電偶傳感器測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用 西北輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報 [25] 王玨,王玉田編著.集成檢測電路原理與設(shè)計(jì) 北京兵器工業(yè)出版社 [26] 夏國華 楊樹蓉 現(xiàn)代熱處理實(shí)用技術(shù)數(shù)據(jù)手冊 國防工業(yè)出版社 [27] 趙負(fù)圖主編.現(xiàn)代傳感器集成電路 人民郵電出版社