基于强度转移法的模糊温控系统的设计

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摘要：本文利用模糊推理的强度转移法设计了一类恒温烤箱控制系统。首先．以烤箱温度为控制对象，以AT89C5l单片机、
! p% I+ m/ B9 Y7 ]& s* [Ptloo、MOc3041．以及可控硅BTA06等主要器件设计了硬件系统。然后。详细地给出了强度转移法的算法步骤。最后，对算法
# a5 Q* ^' R: \0 w* c进行编程，并连结各硬件部分，通过LED显示电路检测控制器实际的效果。测试结果表明，该控帘l系统的上升时间约3踟
秒，温度超调仅为0．2℃．并且温度在期望值处的波动范围小于±O．3℃。
! f9 ^- s4 Y/ Y% ^1引言
温度控制器已广泛应用于钢铁、化工、水利、航天、电力、汽
车制造等众多领域。1：业领域常用的温度控制器通常采用PlD
8 \( K$ D* A. \5 r, n' @5 L' G方法。但是。PID控制器的参数整定至今还没有一个完美的解决
方案，在现场主要依靠操作人员的经验。这就提高了控制工程
技术人员使用这类控制器的门槛．也加大了这方面的技术培训
7 P5 Y8 Y1 \9 q/ D' X4 m0 I' t难度。一旦因技术改造、现场环境的改变，技术人员又得重新积
累经验，为新系统的运行带来不便。若采用模糊控制方法，通过
' C5 w: _& V) \0 l5 f对技术人员的手动控制经验列写模糊控制规则，使操作经验以
3 J' F: ?# G, p% n9 T语言形式植入到控制器的设计中．就能有效地解决这方面的问
题1、2。本文以模糊语言规则为控制方法，针对化学实验常用的
小型烤箱，设计了一类恒温控制系统。
2系统硬件电路设计
+ \' F, l% p7 Y) V4 ^控制系统的硬件采用A，I．89c51单片机为核心器件对加热
1 k3 @7 U; b1 B, L管进行控制，以使烘箱内的温度保持恒定。设计目标是，在实
' S% W( X. Z' [/ _0 N" D. ?测温度低于目标温度时就进行适当的加热．若实温度超过目标
温度时就不加热，使烤箱自然冷却。温度控制的过程：由传感
6 d% u; w' S1 j7 j7 `4 V器定时对烘箱温度进行采样。将采样得到的数字量与设定的温
. y4 I$ ~5 z- A  _* {度量比较得到偏差及偏差变化率．再通过对偏差及偏差变化率
( c% I8 G5 V* _% X, f* q的处理获得控制信号，以调节烘箱内加热管的加热功率，从而
. \* X3 ]! x4 f$ `* O' P实现对烘箱温度的控制。温度模糊控制系统硬件主要组成部
分包括：AT89c51单片机、温度传感器盯100、控制输出
M0c3041等。在驱动模块中选用的是过零型光电耦合器，不需
要另加过零电路，因而整个系统硬件电路简单。控制系统硬件
结构框图如图l所示。
在图1中。控制输出电路选用光电耦合器M0c304l、双向
9 q2 P7 y8 Z' E  ^" p6 ^可控硅BTA06和加热管一起工作。A，I'89c51对温度的控制是
通过驱动和加热电路来实现的。双向可控硅和加热管串接在交
流220v、50Hz交流市电回路。在本设计里加热管的功率为600
瓦而双向可控硅BTA06的功率为1000瓦，不会出现加热管功
# W0 [, l5 V3 w( t  y) c3 J) J( B8 Q率过大而烧坏双向可控硅BTA06的现象。在给定的周期T内，
' A3 M1 V' ^6 \0 ZAT89c51只要改变可控硅的接通时间便可改变加热管的功率，
! l+ K4 {  a- y; f9 _以达到调节温度的目的。
3控制算法
模糊控制器的中心工作是依据语言规则进行模糊推理。因
, ?- P1 W+ H  W4 s; f' z3 p! e此。在进行模糊规则推理之前，先要制定好语言控制规则亦称
知识库。模糊推理方法常有Zadeh法、Mamd锄i法和强度转移法
三种。其中强度转移法推理直观，计算简单，因此本系统中采用
' {0 K" `* n, a1 t强度转移法。强度转移推理算法的详细步骤如下：
: p, _5 Z$ U. z: p第l步：求前件语言变量强度
: t! O# x; N+ n1 g* s8 N" H
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温度模糊控制系统硬件主要组成部/ j. ~, e2 U/ J* {$ U
分包括：AT89c51单片机、温度传感器盯100、控制输出5 \3 M0 O9 c. n. y
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