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、
( d8 ?0 Z4 C! N$ O: LPtloo、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
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℃。
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
7 j% h4 `# }& v- K4 {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
- i: G: a. s' s, t# ?& g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
! D8 ~8 A! A7 Y1 E* t2 v  d  U& f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
; G7 T1 Y( ]0 c/ }0 {2 o) \5 y# W" x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
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
3 d  m( _$ i' P6 E" y2 P控制系统的硬件采用A，I．89c51单片机为核心器件对加热
! n' }$ @1 Y- A9 m管进行控制，以使烘箱内的温度保持恒定。设计目标是，在实
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
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
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
5 H% X, R: g& o5 D8 \/ u- y9 a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
1 C& x" P" |6 M/ ]6 Q4 z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
可控硅BTA06和加热管一起工作。A，I'89c51对温度的控制是
1 w+ ?) e& N4 p2 c1 S3 ]3 R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
! z4 `: `3 k  c/ p$ p9 Z/ A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
8 N* Q" \3 W' {4 s) Y6 o' Q. ^率过大而烧坏双向可控硅BTA06的现象。在给定的周期T内，
+ E3 n' m" Q. S. x/ w% }5 b5 KAT89c51只要改变可控硅的接通时间便可改变加热管的功率，
以达到调节温度的目的。
6 [  u+ G, H* l7 E! |% Q6 I' Z, f# r3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
# H) H  R' Q5 X4 A% O8 n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
) a0 L% `9 l4 ]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
( g& f4 {/ H) X  v$ _8 L8 a强度转移法。强度转移推理算法的详细步骤如下：
& x' t& P& X% ~& h$ K2 k- C: b第l步：求前件语言变量强度

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埋头拉线ing

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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