基于嵌入式的模糊PID温控系统的研究

摘要

温度是工业生产中常见的物理量，温度控制的好坏有时会直接影响到工业产品的质量。电阻炉是工业生产中重要的加热设备，如何利用自动控制系统有效的控制电阻炉的温度，以便提高产品质量是目前温度控制系统一个重要的研究课题。 本文设计的是一种以电阻炉为控制对象的嵌入式温度控制系统。首先介绍计算机温度控制系统，然后根据温度控制系统的特点和设计要求，探讨了合适的控制算法。常规PID控制器由于结构简单、实现容易，在工业中被广泛应用，但传统的PID控制由于控制对象和环境的不确定性，难以达到满意的控制效果。对于时滞系统，Smith预估控制是一种有效的补偿方案，但其对参数变化较为敏感。模糊控制的优势在于不需要对象的精确数学模型，对于参数波动和负载干扰的影响也能很好工作。在对控制系统分析的基础上，通过建立温度控制系统的数学模型，结合Smith预估控制、PID控制和模糊控制理论提出了模糊PID控制策略。它将模糊控制与传统的PID控制相结合，使得温度控制系统能更好地适应温度变化，并且有更好的鲁棒性。本文详细介绍了控制器的设计过程，如结构的确定，参数的选择与计算，隶属函数的确定，模糊控制表的建立等等。然后利用MATLAB中的Simulink仿真模块建立仿真模型，由仿真结果表明，模糊PID控制策略具有很好的动态和静态性能。 最后对本控制系统的硬件进行设计，它分为MCU核心模块、A/D转换模块、数据存储模块、PC机通讯模块、PWM输出模块等。首先对MSP430芯片做了介绍，然后具体介绍了各个模块电路的设计。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2 PID控制原理

1.3模糊控制

1.4模糊PID复合控制

1.5本文主要工作

第二章PID控制器及其参数整定

2.1受控对象模型辨识

2.2数字PID控制算法

2.2.1 PID控制算法的离散化

2.2.2 PID控制算法的改进

2.2.3采样周期的选择

2.3 PID调节器参数的工程整定方法

2.4本章小结

第三章模糊PID控制原理及设计

3.1模糊控制系统组成及原理

3.1.1基本模糊控制系统的组成

3.1.2模糊控制系统基本原理

3.1.3模糊控制器

3.2模糊PID控制器设计

3.2.1 Smith预估与模糊控制

3.2.2模糊PID控制器理论分析

3.2.3模糊控制器的设计

3.2.4 MATLAB仿真

3.3本章小结

第四章模糊PID调节器的硬件实现

4.1 MCU模块

4.1.1 MSP430简介

4.1.2 MCU单元的硬件设计

4.2键盘与显示模块

4.3 A/D转换模块

4.4数据存储模块

4.5 PC机通讯模块

4.6 PWM输出模块

4.7本章小结

第五章结论

5.1论文主要工作及总结

5.2研究工作展望

参考文献

致谢