基于单片机的模糊控制器的设计

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摘要:对模糊控制规则进行整合,以温度偏差及其变化量为输入、加热量为输出通过模糊控制算法就可达到水温自动调节
的目的。将偏差及偏差的变化量经过数字化处理后相加,得到了和与控制输出量的关系,这样的算法简化了模糊推理及单
% s# g9 }  L0 k, F! y8 x片机程序设计。温度传感器及有关电路将温度转化为电脉冲的脉宽,单片机将测得的脉冲宽度的值转化为与之对应的温度
6 N1 B( x, r; |9 q+ h值。
关键词:模糊控制;单片机;开关控制;温度控制;太阳能热水器
" h3 z  [" P5 t1 O% }太阳能热水器冬天及阴天使用，需要电辅加热，
传统的开关控制或PID控制效果并不好。模糊控制比
: y8 [3 g! w9 S  i; t传统的PID等控制方法在强时变、大时滞、非线性系.
统中的控制效果有着明显的优势。将模糊控制技术应
, x; _! x% R0 J5 p2 B4 b用的于家电产品在国外已是很普遍的现象,单片机是
家用电器常用的控制器件,把二者结合起来，可使控.
4 r$ n  W7 I8 I' `制器的性能指标达到最优的目的。基于模糊控制技术
的单片机控制的太阳能热水器是对电热水器传统的
开关控制的改造，具有达到设定温度的时间短、稳态
温度波动小、反应灵敏、抗干扰能力强、节省电能等优.
点。
1模糊控制的原理
: l* X. o* M! D  Y- y4 i0 v, r模糊逻辑控制技术作为一种新的控制技术，可以
模仿人的思维方法,运用不精确不确定的模糊信息来
. I+ {7 F, x  W6 c决策实现成功的控制。用模糊逻辑实现控制,只需要
关心功能而不是系统的数学模型,研究的重点是控制
器本身而不是被控现象。所以这种系统对系统参数变
化不敏感,具有很强的鲁棒性,适用于对不同对象的
0 O# v- V: _+ V! o# |- d. K5 L" L控制。本系统的模糊逻辑控制是调整控制加热丝的通
断,实现升温并使温度恒定。
0 J) A, k3 J/ R& m模糊逻辑控制器的工作过程分为三个阶段。第一
: r3 z) T  V" ]9 Z0 m) j; p阶段是“模糊化”,就是把精确的输入量转换成用模糊
7 ?9 [6 c7 h* R集合的隶属函数,表示某一模糊变量的语言值,即模
3 G4 T' A6 _) S6 g: R
: `- S+ e& q  e1 Y) C糊输入;第二阶段是“模糊推理”，即把模糊输入加到
& E9 S* d* W& r: B一个“IF-THEN"控制规则库中,并把激活的各个规则
所产生的结果“加”到一起,产生一个“模糊输出"集.
# G# }1 R- F% F0 v% L3 S合;第三阶段是对这些模糊输出进行解模糊判决，即
在一个输出范围内找到一一个最具有代表性的、可直接
驱动执行机构的、确切的输出控制量。
由于温度场具有较大的惯性,温度变化一般不可
能很快,温度采样时间间隔为5s。模糊控制器的输入
为设定温度与实际测得温度的偏差E (E=to-t ;t为设
定的温度,t为实际测得的温度。), 以及偏差的变化量
OE (OE =E*-E前=(o-t)本<(to-t )前=t前-t本,其中E前
为前次测量得到的温度偏差,E*本为本次测量得到的温
, M# C2 w% w+ X) |* r+ m5 r- k! L! H度偏差; t为前次测量得到的温度,t *为本次测量得
% t& f0 G  b# ]1 L; U7 Z) G+ Q4 [到的温度,设定温度to不变),输出为加热器的加热量
4 Y; ~2 i, n  U0 s( w$ WU。根据实际情况将E分为四个模糊子集:B (大)、M .
2 n: n0 \- m9 J4 N(中)、S (小)、N (负),对应温度的偏差为:to-t>TM.C、
5 y0 M; ?# A: f" qTM2C<to t<TMC、0C<b-t<TM2C、to-t<0C(TM >TM2>
6 D1 p3 w, L! ?; H& y" S' j; y0;TM、TM2为根据实际确定的两个温度偏差的阈值);
△E分为三个模糊子集: P(正)、Z(零)、N(负),对应的偏
差变化量为:t前-t*>Ao、-Ao<t前-t本<Ao、t 前-t本<-Ad(
Ap>0, Ao为根据实际确定的一个不大的温度偏差变化
2 S  m0 r: H" k量阈值);电热水器电热丝加热量U分为四个模糊子
3 ^+ ?# e& g; j# c2 @1 ~集:B(大)、M(中)、S(小)、Z(零),对应于二根电热丝的四
. U- J( T3 v! e) ^) |5 J% C: {3 ?种状态的组合:电热丝1电热丝2都加热、电热丝1
加热、电热丝2加热、电热丝1电热丝2都不加热(其.
( `$ u( T; d4 b/ ]& Y, S中电热丝1的功率大于电热丝2的功率)。E及△E对
' R" W) l. m$ y: C: A7 k应的模糊子集如图2所示。由于，只是为实现简单的
' D6 C" n; U- z: W
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% L4 ]! `/ I- c7 x附件下载：

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wohenk

用模糊逻辑实现控制,只需要关心功能而不是系统的数学模型,研究的重点是控制器本身而不是被控现象