信息與電子工程系畢業設計（文獻綜述）PAGEPAGE3課題名稱：MCS-51單片機智能溫度控制系統設計 溫度控制在熱處理工藝過程中,是一個非常重要的環節。控制精度直接影響著產品質量的好壞。實驗室人員根據材料的燒成制度來調節電爐的輸出電壓以實現對電爐的溫度控制。一般的有兩種方法:第一種就是手動調壓法,第二種控制方法在主回路中采取雙向可控硅裝置,并結合一些簡單的儀表,使得保溫階段能夠自動,但這兩種方法的升溫過程都是依賴于試驗者的調節,并不能精確的按照給定的升降溫速度來調節。本文提出的以參數自整定PID控制為基礎的溫控系統簡單、可靠,大大提高了控制質量及自動化水平,具有良好的經濟效益。電爐是熱處理生產中應用最廣的加熱設備，通過布置在爐內的電熱元件將電能轉化為熱能,借助輻射與對流的傳熱方式加熱工件。通常可用以下模型定性描述式中X——電爐內溫升（指爐內溫度與室溫溫差)K——放大系數t——加熱時間T——時間系數V——控制電壓τ0——純滯后時間但在實際熱力過程中，由于被加熱金屬的導熱率、裝入量以及加熱溫度等因素的不同，直接影響著K、T、τ0等參數的變化，因此電爐本身具有很大的不確定性。溫度控制在熱處理工藝過程中,是一個非常重要的環節。控制精度直接影響著產品質量的好壞。根據不同的目的，將材料及其制件加熱到適宜的溫度。在工業生產過程中，電爐隨著負荷變化或干擾因素的影響，其對象特性或結構發生改變。電爐溫控具有升溫單向性、大時滯和時變的特點，如升溫靠電阻絲加熱，降溫依靠自然冷卻，溫度超調后調整慢，因此用傳統的控制方法難以得到更好的控制效果。另外對于PID控制，若條件稍有變化，則控制參數也需調整。自適應控制運用現代控制理論在線辨識對象特征參數，實時改變其控制策略，使控制系統指標保持在最佳范圍內。但由于操作者經驗不易精確描述，控制過程中各種信號量以及評價指標不易定量表示，而模糊理論正是解決這一問題的有效途徑。人們運用模糊數學的基本理論和方法，把規則的條件操作用模糊集表示并把這些模糊控制規則及有關信息(如評價指標、初始PID參數等)作為知識存入計算機知識庫中，然后計算機根據控制系統的實際響應情況運用模糊推理，實現自動對PID參數的最佳調整。如圖2—1為本次畢業設計課題——采用軟件PID控制的熱處理器系統的框圖。其工作原理為：熱處理器的有14個溫度傳感器和14個控制閥，溫度傳感器與控制閥是一一對應的對關，一個測溫點對應一個控制閥。來至熱處理器的溫度經溫度傳感器將現場信號傳化為電信號，再經放大器將信號放大，經多路開關選擇通過，經A/D轉換器轉化為數字量并送入單片機進行控制處理，單片機的控制信號由P0輸出并由8155擴展，使其能滿足14路輸出的控制要求，控制信號控制固態繼電器的輸出，從而驅動電磁閥開關，實現溫度的控制。本設計控制的是電爐的溫度的系統，在此我們選用了模糊自整定PID控制器，以提高控制的精度，靈活性，適應性。模糊自整定PID控制應用在具有明顯的純滯后、非線性、參數時變類似于電爐這樣特點的控制對象可以獲得很好的控制性能。大量的理論研究和實踐也充分證明了用模糊自整定PID控制電爐溫度是一非常好的解決方法。它不僅能發揮模糊控制的魯棒性好、動態響應好、上升時間快和超調小的特點，又具有PID控制器的動態跟蹤品質和穩態精度。因此在溫度控制器設計中，采用PID參數模糊自整定復合控制，實現PID參數的在線自調整功能，可以進一步完善PID控制的自適應性能，在實際應用中也取得了較好的效果。模糊自整定PID控制是在一般PID控制系統的基礎，加上一個模糊控制規則環節，利用模糊控制規則在線對PID參數進行修改的一種自適應控制系統。它以誤差e和誤差變化ec作為輸入，可以滿足不同時刻的e和ec對參數自整定的要求。它將模糊控制和PID控制器兩者結合起來，揚長避短，既具有模糊控制靈活而適應性強，調節速度快的優點，又具有PID控制無靜差、穩定性好、精度高的特點，對復雜控制系統和高精度伺服系統具有良好的控制效果。如圖。模糊自整定PID控制是在一般PID控制系統的基礎上，加上一個模糊控制規則環節，利用模糊控制規則在線對PID參數進行修改的一種自適應控制系統。它以誤差e和誤差變化ec作為輸入，可以滿足不同時刻的e和ec對參數自整定的要求。它將模糊控制和PID控制器兩者結合起來，揚長避短，既具有模糊控制靈活而適應性強的優點，又具有PID控制精度高的特點，對復雜控制系統和高精度伺服系統具有良好的控制效果。參考文獻[1]陳明熒8051單片機課程設計實訓教材

北京清華大學出版社[2]胡漢才.單片機原理及其接口技術

北京清華大學出版社[3]徐淑華等單片機微型機原理及應用哈爾濱工業大學出版社[4]范風強等單片機C5應用實戰集錦

北京電子工業出版社[5]徐學峰主編.傳感器變送器測控儀表大全北京機械工業出版社,[6]謝新民,丁鋒編著.自適應控制系統北京清華大學出版社

[7]李士勇.模糊控制和智能控制理論與應用哈爾濱工業大學出版社,[8]高東杰等編著應用先進控制技術北京國防工業出版社[9]陶永華新型PID控制及其應用第二版北京機械工業出版社[10]戴伏生基礎電子電路設計與實踐國防工業出版社[11]顧明文可控硅溫控器的工作原理及故障維修實驗室研究與探索[12]鄭雪梅,姜成國,周廣銘.模糊PID控制器結構大慶石油學院報[13]張化光,何希勤.模糊自適應控制理論及其應用北京航空航天大學出版社,[14]劉金錕著.先進PID控制及其MATLAB仿真北京電子工業出版社[15]張建民,王濤,王忠禮編著.智能控制原理及應用北京冶金工業出版社[16]劉豹主編.現代控制理論北京機械工業出版社[17]徐科軍等著.自動檢測和儀表中的共性技術北京清華大學出版社,[18]丁玉美,高西全,彭學愚.數字信號處理西安電子科技大學出版社[19]孫傳友等測控電路及裝置北京航空航天大學出版社[20]王學前.奧氏體狀態控制及零保溫加熱工藝四川工業學院學報[21]王學前,霍金山.加熱過程控制及透燒檢測四川工業學院學報[22]李家昌主編.自動控制儀表武漢工業大學出版社[23]李明.熱電偶的冷端補償及線性處理煤炭科學