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案例详细
标题基于模糊PID的AT89C2051单片机智能温度控制系统
技术领域电气联接
行业
简介本文介绍了以AT89C2051单片机为核心的模糊PID温度控制器的设计，并将其应用到电阻炉温度控制上。该系统具有线路简单、性能可靠的特点,在实际中已成功应用。
内容

 
0        前言

温度是工业生产和科学实验中的重要参数之一,具有非线性、强耦合、时变、时滞等特性。在自动控制的领域里，如果被控对象具有上述特性，往往很难获得精确的数学模型，并且由于传统的经典控制方法是建立在数学模型的基础上的，没有数学模型，这些经典的控制方法是很难获得良好的动态和静态性能的。

随着科学技术的迅猛发展，各个领域对温度控制系统的精度、稳定性等要求越来越高。在动态温度控制系统中，采用PID控制的理论和技术都很成熟，且具有广泛的实用性。但是不足之处是常规PID算法在大偏差时易出现积分饱和，控制时间过长，参数整定也很困难。同时由于执行机构的多变性和非线性，在对滞后大的温度控制过程中易出现大的超调量，甚至可能会出现失控的现象。

电阻炉是一种具有纯滞后的大惯性系统，开关炉门、加热材料、环境温度以及电网电压等都影响控制过程，传统的加热炉控制系统大多建立在一定的模型基础上，难以保证加热工艺要求。因此本文引入模糊控制，采用模糊PID算法，运用AT89C2051单片机对电阻炉实现智能的温度控制，可以解决上述的种种不足，从而实现高精度控制。

1          模糊PID控制器的理论基础

模糊控制是一种模仿人的智能的控制方法，它不依赖于对象的数学模型，而是依据人的经验通过对模糊信息的处理做出对复杂对象的控制。模糊控制是建立在模糊推理基础上的一种非线性控制策略，它通过模糊语言表达了人们的操作经验以及常识推理规则。采用这种控制策略的控制器就叫模糊控制器，它是一种语言型控制器，在近年来得到很快的发展。模糊控制器是以模糊集理论为基础发展起来的，它能够方便地将专家的经验与推理输入到计算机中,使计算机在控制时可以像人一样思考并解决问题,从而达到控制被控对象的目的。实践证明模糊控制器有更快的响应和更小的超调,对过程参数的变化也不敏感,具有很强的鲁棒性,可以克服非线性因素的影响。模糊控制器的明显的特点总结为以下五点：

（1）无需知道被控对象的数学模型

（2）是一种反映人类智慧思维的智能控制

（3）易被人们接受

（4）构造容易

（5）鲁棒性好

基于模糊控制具有以上如此明显的优点，所以模糊控制非常适用于非线性、数学模型不确定的控制对象，对被控对象的时滞非线性和时变性具有一定的适应能力，同时对噪声也有较强的抑制作用。但模糊控制器本身消除系统稳态误差的性能比较差，难以达到较高的控制精度，而 PID 控制正好可以弥补其不足。因此如果采用模糊控制与经典PID 控制相结合的控制策略,则可以扬长避短,使系统既有PID 控制的精度高的特点,又具有模糊控制的灵活、适应性强的特点。

模糊PID控制器是模糊控制器与常规PID控制器的结合， 在PID 算法的基础上，利用模糊推理判断的思想，根据不同的偏差e、偏差变化△e对PID控制器的参数Kp、Ki、Kd进行在线的整定，传统的PID控制器在获得新的Kp、Ki、Kd后，对控制对象输出控制量。

模糊控制控制与PID 控制结合的方法多种多样,