电加热炉炉温的模糊控制 MATLAB仿真
学号
天津城建大学
控制与机械工程学院
2014年6月27日
天津城建大学
课程设计任务书
2013 -2014学年第 2学期
控制与机械工程学院 电气工程及其自动化专业 班级 12 姓名 学号
图1 电加热炉系统示意图
如图1，本文中将控制信号()u t 到炉膛温度()c t 这一整个过程看作一个控制系统。电加热炉装置是一个具有自平衡能力的对象，可用一阶惯性和滞后环节来近似描述。
被控对象参数K=70，T=100，τ=80。系统的传递函数为：
8070
()1001s
G s e s -=
+
试用模糊控制器实现温度控制。
二、设计要求
1）超调小、调节时间短，系统无静差；
2）给出控制策略和选定参数，并详细说明参数整定过程；
3）给出MATLAB下的仿真曲线。
4）给出硬件实现方案，包括控制器和检测回路芯片的具体型号。
三、设计报告
课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。
四、参考资料
[1] 何衍庆．工业生产过程控制（1版）．北京：化学工业出版社，2004
[2] 邵裕森．过程控制工程．北京：机械工业出版社2000
[3] 过程控制教材
指导教师（签字）：
教研室主任（签字）：
批准日期：年月日
摘要
电加热炉是典型的工业过程控制对象，在我国应用广泛。电加热炉的温度控制具有升温单向性，大惯性，大滞后，时变性等特点。其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确的模型和确定参数，应用传统的控制理论和方法难以达到理想的控制效果。
本文以电加热炉为研究对象，针对电加热炉的特点，设计了双输入单输出结构的模糊控制器，将其应用于电加热炉温度控制系统，满足了温度控制稳定性的要求。
关键词：温度控制；MATLAB；模糊控制器
目录
第一章绪论 (1)
1.1课题的背景 (1)
1.2模糊控制的现状及原理 (1)
1.3本文设计思路 (2)
第二章模糊控制器的设计 (4)
2.1模糊控制介绍 (4)
2.2模糊控制器的设计 (4)
2.2.1 建立模糊控制器结构 (4)
2.2.2 定义输入、输出模糊集并确定个数类别 (5)
2.2.3 定义输入、输出的隶属函数 (5)
2.2.4 编辑模糊控制规则 (6)
2.2.5规则观测器 (8)
2.2.6 输出曲面观测器 (8)
第三章建立simulink仿真模型 (10)
3.1 原系统的simulink仿真模型 (10)
3.2 模糊控制simulink仿真 (10)
第四章硬件系统 (12)
4.1 系统总体设计 (12)
4.2 温度传感器的选择 (12)
4.3 A/D转换电路 (12)
4.4声光报警电路 (12)
4.5 人机界面 (13)
4.6 功率控制电路 (13)
第五章总结 (14)
第六章参考文献 (15)
第一章绪论
1.1课题的背景
电阻炉是热处理工艺过程中应用最广、数量最多的电炉，其本身是一个较为复杂的被控对象。电阻炉温度控制器在冶金、化工、机械等各类工业控制过程中都得到了广泛应用。
电阻炉温控制系统是一个闭环反馈控制系统，他将温度传感器检测到的实际炉温经A/D转换后，送入计算机中，与设定值进行比较得出偏差，并将此偏差送入控制器中，经过计算得出对应的控制量控
是
效
不仅
理论开始受到极大关注，模糊控制作为智能控制理论的一个分支，在理论研究和工业控制应用等方面也取得了可喜的进展。以语言规则模型为基础的模糊控制理论却是解决上述问题的有效途径和方法。1.2模糊控制的现状及原理
模糊数学和模糊控制的概念由美国加利福尼亚大学著名教授L.A.Zadeh首先提出。最早取得的应用成果是英国教授Mamdamni，首先利用模糊控制语句组成模糊控制器，将它应用于锅炉和气轮机的运动控制，并在实验室中获得成功。此后的20多年中，模糊控制技术在华工、冶金、机械、工业炉窑、水处理、食品工业等多个领域中获得广泛的应用。
随着应用领域的不断拓宽，模糊控制器本身性能也得到了进一步发展，由原来规则固定的简单模糊控制器，发展为可以在控制过程中不断修改和调整控制规则的自组织模糊控制器。尽管模糊控制在稳定性理论分析及控制精度方面还存在一些问题，但它在大规模系统、多目标系统、非线性系统，特别是没有精确数学模型的系统中，显示了良好的效果，它所体现的强鲁棒性是经典控制理论和现代控制理论所难以到达的。
模糊控制是以人的思维判断方法形成模糊控制规则，在模糊规则的基础上，以模糊量作为实际控制的依据，是一个表达某种控制思想的基本公式。模糊控制的定义可以描述为：模糊控制器的输出是通过观察过程状态和一些如何控制过程的规则的推理得到的。模糊逻辑控制器的设计主要包括：对输入信息的模糊化、模糊推理和输出信息的精确化三个步骤。输入信息的模糊化是将测物理量转化为在该语言变量相应论域内不同语言值的模糊子集。模糊推理使用数据库和规则库，它的作用是根据当前的系统状态信息来决定模糊控制的输出子集。输出信息的精确化计算是将推理机制得到的模糊控制量转化为一个清晰、确定的输出控制量的过程。
模糊控制器在温度控制中的应用包括有：刘兴池等人用日本生产的SR70只能模糊控制器对加热炉进行控制，稳态精度达到+0.5摄氏度左右，控制效果十分理想。易继锴等人应用模糊神经网络自学习控制器对电加热炉进行物理模拟实验，系统实验表明，通过神经网络的自学习，实现输入变量隶属度函数的在线自调整，对电加热炉这种具有非线形、大滞后的系统具有较好的模糊预测及控制功能。
1.3本文设计思路
随着二十世纪四十年代中期计算机的出现及其应用领域的不断扩展，计算机控制技术逐渐渗透到自动化、自动控制、电子技术、电气技术、仪器仪表等专业，并在这些专业中起到至关重要的作用。计算机具有存储大量信息的能力，强大的逻辑判断能力及快速计算的优点，计算机控制技术能够达到常规控制技术所不能到达的优异性能指标。此外，随着操作系统的不断升级，各种开发软件的不断出现，使研究人员不仅能方便的对对象进行控制，而且可以将控制结果用图象，声音等形式展示出来。这是传统技术所不能实现的。
应用微机控制电炉炉温不仅易于保证处理工艺过程的质量，节约能源，促进整个热处理工艺过程自动化，并且在造价上也能与常规仪表控制装置匹敌。国内已有很多单位对计算机控温系统进行了研究。
由于电阻炉具有较强的滞后性，传统的PID控制方式的控制效果不佳。模糊控制是一种基于规则的先进控制方法，由于控制复杂、非线性、大滞后对象，具有控制速度快，超调小等优点，因此，可以很好的解决一些问题，获得较好的控制效果。本题拟采用凌阳SPCE061A单片机，设计一种电阻炉温模糊控制系统，提高温度的控制效果。通过测量元件热电偶进行检测，经采样、A/D转换为数字量，再进行数字滤波，并根据给定的控制规则进行运算，然后发出控制信号去控制执行机构，使各个被控量达到预定的要求。
控制系统原理图如图1所示：
图1 控制系统原理图
本系统的设计主要是解决电阻炉温度的实时控制，希望控制系统给出的控制量控制电阻炉的温度，使得电阻炉的温度可以跟踪由键盘输入的给定值。
概括起来，本系统的功能有：
(1)数据的采集；
(2)过程监控：包括参数显示、上下限报警等；
(3)基于模糊规则的控制算法；
(4)通过D/A转换输出控制量；
(5)实现上位机和下位机的通信。
随着嵌入式系统开发技术的快速发展及其在各个领域的广泛应用，人们对电子产品的小型化和智能化要求越来越高，作为高新技术之一的单片机以其体积小、功能强、价格低、使用灵活等特点，显示出其明显的优势和广泛的应用前景。在航空航天、机械加工、智能仪器仪表、家用电器、通信系统、智能玩具等领域，单片机都发挥了很大的作用。
第二章模糊控制器的设计
2.1模糊控制介绍
1965年Zadeh教授发表了《模糊集合论》论文，提出用“隶属函数”这个概念描述现象差异的中间过渡，从而突破了古典集合论中属于或不属于的绝对关系。Zadeh教授的这一开创性工作，标志着数学的一个新分支------模糊数学的诞生。模糊数学从诞生至今，在刚诞生的几年里发展相当缓慢，在进入70年代后，模糊集合的概念被越来越多的人接受，这方面的研究工作也就相应地迅速发展起来，并应用到聚类分析、图象识别、自动控制、故障诊断、机器人以及人工智能等多方面领域。1974年英国学者E.H.Mamdani首次把模糊集合理论成功地应用在锅炉和蒸汽机的控制之中，在自动控制领域中首开模糊控制在实际过程上应用之先河。1985年世界上第一块模糊逻辑芯片在美国著名的贝尔实验室问世，这是模糊技术走向实用化的又一里程碑。模糊理论是从模糊数学发展而来，现在该理论的研究主要集中在模糊集合、隶属函数和模糊逻辑推理上。
模糊逻辑在控制领域中的应用称为模糊控制。模糊控制是以控制集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机控制。从控制器的智能性看，模糊控制属于智能控制的范畴。模糊控制的最大特征是能够将操作者或专家的控制经验和知识表示成语言变量描述的控制规则，然后用这些规则去控制系统。因此模糊控制特别适用于数学模型未知的、复杂的非线性系统的控制。从信息的观点看，模糊控制是一类规则型的专家系统，从控制技术的观点看，它是一类非线性控制器。
控制系统中要有被控对象（过程），被控对象按其模型可分为以下几种： 1．能建立精确的数学模型
2．能建立精确的数学模型，但要附加一些条件 3．只能建立近似的数学模型 4．无法建立数学模型专家们普遍认为：人高明于机器的重要一点就是人具有对FUZZY事物进行识别和近似推理的能力，即综合考虑各种情况，然后作出判断的能力。用表达式表示为：
IF 情况1 AND 情况2 …… AND 情况N THEN 结论
而FUZZY控制正是以自然语言为基础，利用经验总结的控制规则，经过模糊推理与判断，去控制被控对象。因此对于那些难以建模的对象，FUZZY控制利用看起来不确切的方法，常常可以达到精确控制的目的。
2.2模糊控制器的设计
2.2.1 建立模糊控制器结构
在MA TLAB命令窗口中，输入fuzzy，打开FIS编辑器，构建两输入、一输出的模糊控制器，以文件名：xin.fis存盘，如图2所示：
图2 FIS编辑器界面
2.2.2 定义输入、输出模糊集并确定个数类别
依据模糊控制器的控制规律同时兼顾控制精度，论文论文将输入的误差(e)划分为17个等级，即E={-8，-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6，+7，+8}，模糊集E取9个语言值：上限（PC）；正大（PB）；正中（PM）；正小（PS）；0（IE）；负小（NS）；负中（NM）；负大（NB）；下限（NC）。将偏差变化率Ec划分为13个等级，即：Ec={-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6}，模糊集Ec取7个语言值：正大（PB）；正中（PM）；正小（PS）；0（IO）；负小（NS）；负中（NM）；负大（NB）。控制量U划分为17个等级，即：U={-8，-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6，+7，+8}，模糊集U取9个语言值：最大（MAXC）；正大（PB）；正中（PM）；正小（PS）；0（IC）；负小（NS）；负中（NM）；负大（NB）；最小（MINC）。
2.2.3 定义输入、输出的隶属函数
误差e、误差微分及控制量的模糊集和论域确定后，需对模糊变量确定隶属函数。即对模糊变量赋值，确定论域内元素对模糊变量的隶属度。
对于输入量误差(e),误差微分(ec)，输出量（u）都采用高斯型的隶属函数(trimf)，同时为体
现定义的17,13,17个模糊子集，见图3，图4，图5。
图3 e的隶属函数图
图4 ec的隶属函数图
图5 u的隶属函数图
2.2.4 编辑模糊控制规则
单击FIS编辑器中规则编辑器，将表1中所示的模糊规则依次输入规则编辑器中，共63条，全部采用and的命令，如图6所示。
图6 规则编辑器界面
此时，基于GUI编辑的模糊控制器已经全部完成，将此FIS系统再次进行保存。为了在simulink 仿真环境中调用FIS系统，将xin.fis文件进行File→Export→To Disk……的同时，还需进行File →Export→To Workspace……，此时弹出如图7所示的对话框。
该操作将xin.fis文件保存工作空间中，可供simulink建立模糊控制系统时，对模糊控制器进行调用和连接。
2.2.5规则观测器
在GUI的任意界面中，选择View→Rules，液位规则观测器界面如图8所示。
图7 保存FIS文件到工作空间界面
图8规则观测器界面
2.2.6 输出曲面观测器
在DUI的任意界面中，选择View→Surface，液位输出曲面观测器界面如图9所示。
图9 输出曲面观测器界面
通过分析图形特点，可以看到它有明显的梯度分布，说明所设计的模糊系统与理论设计匹
配良好。
第三章 建立simulink 仿真模型
3.1 原系统的simulink 仿真模型
本文中将控制信号()u t 到炉膛温度()c t 这一整个过程看作一个控制系统。电加热炉装置是一个具
有自平衡能力的对象，可用一阶惯性和滞后环节来近似描述。
被控对象参数K=70，T=100，τ=80。系统的传递函数为： 8070
()1001s
G s e s -=
+
原系统的系统结构如图10所示
图10 原系统结构图
得出仿真结果如图11所示：
图11 原系统单位阶跃响应曲线
3.2 模糊控制simulink 仿真
系统输入为单位阶跃信号，选取量化因子1.0=c K ，05.0=ec K ，
比例因子2.0=u K 。激活simulink
仿真环境，建立模糊控制系统，系统结构图如图12所示。
图12 模糊控制仿真结构图
在simulation下拉菜单中，选择Start，完成仿真。双击图12中所示simulink仿真结构图的Scope，系统仿真结果曲线如图13所示。
图13 模糊控制的仿真结果
比较两个结果，明显发现模糊控制调节缩短。
第四章硬件系统
本系统是为热处理用电加热炉设计的一套的控制系统，利用单片机、温度传感器、加热丝和A/D 转换芯片来实现的控制系统，其中主要的特点就是升温均匀、精确，升温曲线具有线性等。本系统与传统的控温方法相比更具有精度高、功能多、造价低、结构简单和使用方便等优点。其人机界面友好，操作简单，使用方便，具有较高的性能价格比。为了降低成本和保证较高的控温精度，采用普通的ADC0809芯片和具有零点迁移、冷端补偿功能的温度变送器桥路，使实际测温范围缩小。
4.1 系统总体设计
本系统由AT89C52单片机、温度检测电路、功率控制电路、键盘显示电路和声光报警电路等组成，系统原理框图如图14所示。
图14 系统原理框图
由图可知，温度控制系统的构成：温度控制系统检测时，被测炉温经热电偶测量后转换成电压信号，经变送器转换，将检测信号送到A/D转换器进行模拟/数字信号转换，转换后的数字量经I/O接口读入到CPU，在CPU中经数据处理后，一方面送到显示屏上显示，并判断是否报警；另一方面通过过零触发电路驱动双向可控硅进行控温。
4.2 温度传感器的选择
在本系统中采用的是镍铬-镍硅K型热电偶。采集温度信号只需要一路采集炉温，金属热处理炉的最高要求温度为1000℃。由于热电偶测温范围广（-100～1300℃），而且测量精度高，结构简单，热惰性小，输出为电信号便于事先远距离传送和集中检测、自动控制，因此在测量温度信号时选择它。4.3 A/D转换电路
A/D转换芯片采用ADC0809，其转换精度是l/256。若电加热炉工作温度是256℃，则在(0～256)℃范围A／D的转换精度为256℃/256=l℃/bit，即一个数字量表示l℃，这显然不能满足控制精度为士O.5℃要求。为了提高控制精度，可以选用更高位的A/D转换器，如l0位、l2位、l6位A/D转换器，其控值精度均能满足要求。然而根据实际需要温度控制情况，也可以通过具有零点迁移和冷端补偿功能的温度变送桥路，缩小测温的范围，如炉温升到90℃后要求温度维持90℃基本不变，那就可以将测温范围缩小为(O～128)℃、(128～256)℃，从而使理论设计控温精度达到士0.5℃。
4.4声光报警电路
在单片机控制系统中，一般的工作状态可以通过指示灯或数码显示来指示，以供操作员参考。但对于某些紧急状态或反常状态，为了使操作人员不致忽视，以便及时采取措施，往往还需要有某种更能引人注意、提起警觉的报警信号。这本系统的报警电路包括闪光报警和鸣音报警两种方式。
发音组件采用压电蜂鸣器，只需在其两条引线上加3V～24V的直流电压，蜂鸣振荡音响。压电式蜂鸣器结构简单、耗电小，而且适合于单片机系统。本电路的设计中，要考虑与发光二极管串联的限流电阻大小的确定，阻值选择不当会影响二极管的寿命。
4.5 人机界面
键盘和显示电路实现了人机交互功能，通过键盘电路可以设置系统运行状态和系统参数，显示电路可以显示系统的运行状态、控制时间、设定温度、实际温度等。在本设计中采用的是3行*3列键盘，列线由P1.0～P1.2口控制，行线由P1.3～P1.5口控制。电路中共9个按键，包括设置键、3个温度参数和时间设置键、4个系统运行状态选择键、1个确定键。系统在程序初始化时控制键盘行线的P1.3～P1.5口输出高电位，控制键盘列线的P1.0～P1.2口输出低电位，在判断电路是否有按键按下时，读P1.0～P1.5端口值，若端口值不是000111，则说明电路中有按键按下。然后根据程序进行去抖动处理和计算键值。
本设计中的显示模块采用的是北京集粹电子设备制造有限公司的SG160128-01A液晶显示模块，可显示字符、汉字、图形，显示屏结构为160*128点阵，其引脚功能如表2所示。该显示模块内置液晶显示控制器T6963C，T6963C的最大特点是具有独特的硬件初始值设置功能，显示驱动所需的参数如占空比系数、驱动传输的字节数/行及字符的字体选择等均由引脚电平设置，这样T6963C的初始化在上电时就已经基本设置完成，软件操作的主要精力可以全部用于显示画面的设计。液晶显示模块和单片机的连接方式分为直接访问和间接访问连接方式二种。
4.6 功率控制电路
数据采集电路检测到的温度信号(经A/D转换为数字量)，送给CPU后经过PID运算，得到相应的控制量用来调节电阻炉加热功率的大小，这是本系统的一个重要环节。功率控制电路采用双向可控硅过零检测电路来实现。采用双向可控硅的过零检测与过零触发方式调功非常方便，并可使硬件电路大为简化。
为了达到过零触发的目的，要有交流电过零检测电路，此电路输出对应于50Hz交流电压过零时刻的脉冲，作为触发双向可控硅的同步脉冲，使可控硅在交流电压过零时刻触发导通。当交流电压过零时，电路输出脉冲，作为触发双向可控硅的同步脉冲，使可控硅在交流电压过零时刻触发导通。
表2 SG160128-01A管脚
第五章总结
本控制系统设计综合运用了自动检测技术、自动控制理论以及过程控制理论。为了更好的完成设计，我将以前的一些教科书籍重新找出，认真阅读，从中不仅查找到了设计中需要的知识点，还发现了一些以前学习中忽略了的知识，在完成设计的同时得到了额外的收获。
在做这个项目设计之前，我一直以为自己的理论知识学的还是蛮可以的。但当我拿到设计任务书的时候，却不知道如何下手。开始了我又总是被一些小的，细的问题挡住前进的步伐，让我总是为了解决一个小问题而花费很长的时间。最后还要查阅其他的书籍才能找出解决的办法。并且我在做设计的过程中发现有很多东西，我都还不知道。其实在设计的时候，基础是一个不可缺少的知识，但是往往一些核心的高层次的东西更是不可缺少的。
设计中遇到了很多自己无法解决的问题，我于是向老师、同学求助，在指导老师的点拨以及同学们的建议下，我成功的解决了遇到的问题。由此我意识到，任何时候任何事情，闭门造车都是不可取的，要一直向周围的师长、同学求教，以取得新鲜的知识。
第六章参考文献
[1] 张德丰.MATLAB/SIMULINK建模与仿真实例精讲【M】.北京：机械工业出版社，2010,1
[2] 陈桂明，张明照.应用MATLAB建模与仿真[M].北京：科学出版社，2001
[3] 刘锡权.电加热炉温控制系统的设计.吉林大学，2008,3
模糊控制系统及其MATLAB实现
1. 模糊控制的相关理论和概念 1.1 模糊控制的发展 模糊控制理论是在美国加州伯克利大学的L.A.Zadeh 教授于1965 年建立的模糊集合论的数学基础上发展起来的。之后的几年间Zadeh 又提出了模糊算法、模糊决策、模糊排序、语言变量和模糊IF-THEN 规则等理论，为模糊理论的发展奠定了基础。 1975年，Mamdani 和Assilian 创立了模糊控制器的基本框架，并用于控制蒸汽机。 1978年，Holmblad 和Ostergaard 为整个工业过程开发出了第一个模糊控制器——模糊水泥窑控制器。 20世纪80年代，模糊控制开始在工业中得到比较广泛的应用，日本仙台地铁模糊控制系统的成功应用引起了模糊领域的一场巨变。到20世纪90年代初，市场上已经出现了大量的模糊消费产品。 近30 年来, 因其不依赖于控制对象的数学模型、鲁棒性好、简单实用等优点, 模糊控制已广泛地应用到图像识别、语言处理、自动控制、故障诊断、信息检索、地震研究、环境预测、楼宇自动化等学科和领域, 并且渗透到社会科学和自然科学许多分支中去, 在理论和实际运用上都取得了引人注目的成果。 1.2模糊控制的一些相关概念 用隶属度法来定义论域U 中的集合A ，引入了集合A 的0-1隶属度函数，用()A x μ表示，它满足： 1 ()0A x μ?=?? x A x A ∈? 用0-1之间的数来表示x 属于集合A 的程度，集合A 等价与它的隶属度函数()A x μ 模糊系统是一种基于知识或基于规则的系统。它的核心就是由所谓的 IF-THEN 规则所组成的知识库。一个模糊的IF-THEN 规则就是一个用连续隶属度函数对所描述的某些句子所做的IF-THEN 形式的陈述。例如: 如果一辆汽车的速度快，则施加给油门的力较小。 这里的“快”和“较小”分别用隶属度函数加以描述。模糊系统就是通过组合IF-THEN 规则构成的。 构造一个模糊系统的出发点就是要得到一组来自于专家或基于该领域知识的模糊IF-THEN 规则，然后将这些规则组合到单一系统中。不同的模糊系统可采用不用的组合原则。 用隶属度函数表征一个模糊描述后，实质上就将模糊描述的模糊消除了。 模糊控制系统设计的关键在于模糊控制器的设计。模糊控制器的设计主要有三个部分: (1) 输入量的模糊化 所谓模糊化(Fuzzification) 就是先将某个输入测量量的测量值作标准化处理,把该输入测量量的变化范围映射到相应论域中,再将论域中的各输入数据以相应
基于模糊控制的速度跟踪控制问题(C语言以及MATLAB仿真实现)
基于模糊控制的速度控制 ——地面智能移动车辆速度控制系统问题描述 利用模糊控制的方法解决速度跟踪问题，即已知期望速度(desire speed)，控制油门(throttle output)和刹车(brake output)来跟踪该速度。已知输入：车速和发动机转速（值可观测）。欲控制刹车和油门电压（同一时刻只有一个量起作用）。 算法思想 模糊控制器是一语言控制器，使得操作人员易于使用自然语言进行人机对话。模糊控制器是一种容易控制、掌握的较理想的非线性控制器，具有较佳的适应性及强健性(Robustness)、较佳的容错性(Fault Tolerance)。利用控制法则来描述系统变量间的关系。不用数值而用语言式的模糊变量来描述系统，模糊控制器不必对被控制对象建立完整的数学模式。 Figure 1模糊控制器的结构图 模糊控制的优点： (1)模糊控制是一种基于规则的控制，它直接采用语言型控制规则，出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确的数学模型，因而使得控制机理和策略易于接受与理解，设计简单，便于应用。 (2)由工业过程的定性认识出发，比较容易建立语言控制规则，因而模糊控制对那些数学模型难以获取，动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。 (3)基于模型的控制算法及系统设计方法，由于出发点和性能指标的不同，容易导致较大差异；但一个系统语言控制规则却具有相对的独立性，利用这些控制规律间的模糊连接，容易找到折中的选择，使控制效果优于常规控制器。 (4)模糊控制是基于启发性的知识及语言决策规则设计的，这有利于模拟人工控制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具有一定的智能水平。 简化系统设计的复杂性，特别适用于非线性、时变、模型不完全的系统上。 模糊控制的缺点
基于单片机的电饭煲设计
控制系统综合实训报告 学院计算机与控制工程学院 专业班级自动化115 学生姓名马洪星 指导教师朱玲 成绩
单片机在智能电饭煲控制系统中的应 用 摘要 随着新科技时代的到来，越来越多的新型智能化家电融入了我们的生活。而电饭煲作为与人们生活息息相关的家电，其功能也向着智能化的方向发展。本文基于单片微处理器PICl6F872研制成功了YZ系列微电脑电饭煲智能控制器，阐述了工作原理，并给出了硬件电路。精度高、稳定性高、易操作是本系统的重要特性，中断嵌套是设计软件的难点，温度控制是本系统的重点。 关键词 PIC单片机智能电饭煲硬件分析 YZ系列微机电脑电饭煲系统，是应用美国著名芯片Microchip公司合作开发的新一代模糊、逻辑控制智能电饭煲。采用日本National模糊控制技术原理，能自动根据米饭量的多少。利用“煮饭专家”的工艺技术，对吸水、加热、沸腾、焖饭、膨胀、保温等六个阶段的工艺自动进行火力调节，从而煮出比一般电脑电饭煲更加松软可口的米饭同时拥有快速煮饭、精确煮饭、一小时粥汤、二小时粥汤、三小时粥汤保温以及预约定时煮饭等功能。本系统硬件结构简单，运行稳定可靠，软硬兼备，具有完善的控制功能和抗干扰能力。 一、工作电气图
图1工作电气图 二、工作原理 YZ系列微机电脑电饭煲控制器电路包括如下几个部分：单片机，电源及稳压电路，键盘输入电路，蜂鸣报警电路，LED显示电路，温度检测电路及加热控制电路。其中单片机控制采用PICl6F872封装，它能满足电饭煲的控制需要。电源及稳压电路由高压器、整流电路和稳压电路组成；键盘输入电路由K1、R13、K2、R14组成；即在A／D输入端键入键盘信号，蜂鸣报警电路由晶体管Q2、SP1及电阻R12组成；LED显示电路由两部分组成。一部分是7段数码管用于显示预置定时时问，另一部分是6个LED指示灯，用于显示煮饭、快煮、l小时粥汤、2小时粥汤、3小时粥汤及保温。温度检测电路十分简单，由偏置电阻R10、R1l 和热敏电阻RT1、KT2组成。控制器电路如图2所示 图2控制器电路框图
实验一--模糊控制器的MATLAB仿真
实验一 模糊控制器的MATLAB 仿真 一、实验目的 本实验要求利用MATLAB/SIMULINK 与FUZZYTOOLBOX 对给定的二阶动态系统，确定模糊控制器的结构，输入和输出语言变量、语言值及隶属函数，模糊控制规则；比较其与常规控制器的控制效果；研究改变模糊控制器参数时，系统响应的变化情况；掌握用 MATLAB 实现模糊控制系统仿真的方法。 实验时数：3学时。 二、实验设备：计算机系统、Matlab 仿真软件 三、实验原理 模糊控制器它包含有模糊化接口、规则库、模糊推理、清晰化接口等部分，输人变量是过程实测变量与系统设定值之差值。输出变量是系统的实时控制修正变量。模糊控制的核心部分是包含语言规则的规则库和模糊推理。模糊推理就是一种模糊变换，它将输入变量模糊集变换为输出变量的模糊集，实现论域的转换。工程上为了便于微机实现，通常采用“或”运算处理这种较为简单的推理方法。Mamdani 推理方法是一种广泛采用的方法。它包含三个过程：隶属度聚集、规则激活和输出总合。模糊控制器的体系结构如图1所示。 图1 模糊控制器的体系结构 四、实验步骤 （1）对循环流化床锅炉床温，对象模型为 ()()1140130120 ++s s 采用simulink 图库，实现常规PID 和模糊自整定PID 。 （2）确定模糊语言变量及其论域：模糊自整定PID 为2输入3输出的模糊控制器。该模糊控制器是以|e|和|ec|为输入语言变量，Kp 、Ki 、Kd 为输出语言变量，其各语言变量的论域如下：
误差绝对值：e={0，3，6，10}； 误差变化率绝对值：ec={0，2，4，6}； 输出Kp：Up={0，0.5，1.0，1.5}； 输出Ki：Ui={0，0.002，0.004，0.006}； 输出Kd：Ud={0，3，6，9}。 （3）语言变量值域的选取：输入语言变量|e|和|ec|的值域取值“大”(B)、“中”(M)、“小”(s)和“零”(Z) 4种；输出语言变量Kp、Ki、Kd的值域取值为“很大”(VB)、“大”(B)、“中”(M)、“小”(s) 4种。 （4）规则的制定：根据PID参数整定原则及运行经验，可列出输出变量Kp、Ki、Kd 的控制规则表。 （5）推理方法的确定 隐含采用“mamdani”方法：max-min； 推理方法，即“min”方法； 去模糊方法：面积中心法； 选择隶属函数的形式：三角型。
智能家电中模糊控制技术的探索与研究
智能家电中模糊控制技术的探索与研究 刘颖 【论文摘要】现有的模糊控制控制领域涵盖了大型的生产控制系统，但是模糊控制服务于小家电的研究相比之下不是十分热门。该研究主要是将模糊控制技 术应用于智能家用电饭煲，以适应消费者的快捷，高质的家居需求。模糊控制在无法建立精确数学模型领域作用巨大，可以提高控制的准确度和智能程度，更适应使用者的口感。而且将模糊控制应用与生活电器领域，可以更好的提升消费者的生活质量，具有很强的现实意义。 【论文关键词】智能电饭煲模糊控制节能环保 近年来，对模糊控制的研究日益增多，呈现多元化，细致化。主流的国内外研究将研究的重心都放置在大工业生产和生活场景上面，而忽略了广大的家电类民用市场领域。该文针对智能家电中模糊控制技术进行了探索与研究。 1现状分析 电饭煲是利用电能转变为热能的炊具，使用方便，清洁卫生，还具有对食品进行蒸、煮、炖、煨等多种操作功能。常见的电饭煲分为保温自动式、定时保温式以及新型的微电脑控制式三类。随着人们生活水平的快速提高和生活方式的改变，营养型、环保型、节能型高端电饭煲将会成为未来备受瞩目的商品，特别是全自动电饭煲将会成为发展的方向。 电饭煲因其安全、简便、实用而普及到千家万户。随着科技的不断发展，这类小家电也在不断的完善和提升自己，并向着智能化、节能化、网络化的方向发展。自1955年东芝的第一个电饭煲的问世，历时60年，电饭煲已然成为人们生活必不可少的生活电器。而电脑芯片，网络，3C技术的迅猛发展，电饭煲的 成本不断下降，其技术含量不断提高，更多科技元素的植入不仅是市场的要求还是时代的要求。智能化，节能化的电饭煲将取代普通型电饭煲进入人们的日常生活。同时，PM2.5日益严重，使得国人越来越关心环境污染，节能减排降耗的问题，所以对家电类的节能呼声也越来越高。 随着人民生活水平的日益提高和生活节奏的加强，对电饭煲的要求不仅仅停留在以前的使用方便上面，对品质的要求和细节的要求也日益强烈，所以现在的家电
简易模糊控制器设计及MATLAB仿真
简易模糊控制器的设计及仿真 摘要：模糊控制（Fuzzy Control ）是以模糊集理论、模糊语言和模糊逻辑推理为基础的一种控制方法，它从行为上模仿人的模糊推理和决策过程。本文利用MATLAB/SIMULINK 与FUZZY TOOLBOX 对给定的二阶动态系统，确定模糊控制器的结构，输入和输出语言变量、语言值及隶属函数，模糊控制规则，比较其与常规控制器的控制效果，用MATLAB 实现模糊控制的仿真。 关键词：模糊控制 参数整定 MATLAB 仿真 二阶动态系统模型： ()()1140130120 ++s s 采用simulink 图库，实现常规PID 和模糊自整定PID 。 一．确定模糊控制器结构 模糊自整定PID 为2输入3输出的模糊控制器。在MATLAB 的命令窗口中键入fuzzy 即可打开FIS 编辑器，其界面如下图所示。此时编辑器里面还没有FIS 系统，其文件名为Untitled ，且被默认为Mandani 型系统。默认的有一个输入，一个输出，还有中间的规则处理器。在FIS 编辑器界面上需要做一下几步工作。 首先，模糊自整定PID 为2输入3输出的模糊控制器，因此需要增加一个输入两个输出，进行的操作为：选择Edit 菜单下的Add Variable/Input 菜单项。
如下图。 其次，给输入输出变量命名。单击各个输入和输出框，在Current Variable 选项区域的Name文本框中修改变量名。如下图 最后，保存系统。单击File菜单，选择Export下的To Disk项。这里将创建的系统命名为PID_auot.fi。 二．定义输入、输出模糊集及隶属函数
基于matlab的模糊控制器的设计与仿真
基于MATLAB的模糊控制器的设计与仿真 摘要：本文对模糊控制器进行了主要介绍。提出了一种模糊控制器的设计与仿真的实现方法，该方法利用MA TLB模糊控制工具箱中模糊控制器的控制规则和隶属度函数，建立模型，并进行模糊控制器设计与仿真。 关键词：模糊控制，隶属度函数，仿真，MA TLAB 1 引言 模糊控制是一种特别适用于模拟专家对数学模型未知的较复杂系统的控制，是一种对模型要求不高但又有良好控制效果的控制新策略。与经典控制和现代控制相比，模糊控制器的主要优点是它不需要建立精确的数学模型。因此，对一些无法建立数学模型或难以建立精确数学模型的被控对象，采用模糊控制方法，往往能获得较满意的控制效果。 模糊控制器的设计比一般的经典控制器如PID控制器要复杂，但如果借助MATLAB则系统动态特性良好并有较高的稳态控制精度，可提高模糊控制器的设计效率。本文在MATLAB环境下针对某个控制环节对模糊控制系统进行了设计与仿真。 2 模糊控制器简介 模糊控制器是一种以模糊集合论，模糊语言变量以及模糊推理为数学基础的新型计算机控制方法。显然，模糊控制的基础是模糊数学，模糊控制的实现手段是计算机。本章着重介绍模糊控制的基本思想，模糊控制的基本原理，模糊控制器的基本设计原理和模糊控制系统的性能分析。 随着科学技术的飞速发展，在那些复杂的，多因素影响的严重非线性、不确定性、多变性的大系统中，传统的控制理论和控制方法越来越显示出局限性。长期以来，人们期望以人类思维的控制方案为基础，创造出一种能反映人类经验的控制过程知识，并可以达到控制目的，能够利用某种形式表现出来。而且这种形式既能够取代那种精密、反复、有错误倾向的模型建造过程，又能避免精密的估计模型方程中各种方程的过程。同时还很容易被实现的，简单而灵活的控制方式。于是模糊控制理论极其技术应运而生。 3 模糊控制的特点 模糊控制是以模仿人类人工控制特点而提出的，虽然带有一定的模糊性和主观性，但往往是简单易行，而且是行之有效的。模糊控制的任务正是要用计算机来模拟这种人的思维和决策方式，对这些复杂的生产过程进行控制和操作。所以，模糊控制有以下特点： 1）模糊控制的计算方法虽然是运用模糊集理论进行的模糊算法，但最后得到的控制规律是确定
单片机模糊控制在电饭煲中得应用
单片机模糊控制在电饭煲中的应用 摘要：介绍用新型HT46R47型单片机和模糊控制技术实现的电饭煲。他具有电路简单、成本低廉、节省能源、安全可靠等特点。<--摘 关键词：单片机；模糊逻辑；电路设计；抗干扰；温度采样；电饭煲 目前，市场上的电饭煲大部分采用固定功率的方式加热，能源利用率低、功能单一，难以满足人们的日益增长的生活需求。开发功能齐全、成本低廉、节省能源、安全可靠的微电脑电饭煲，是非常有必要的。 1 电饭煲的工作原理及硬件组成 系统选用以低成本、功耗小、性能良好的8位A／D型HT46R47单片机为控制核心的控制电路。引脚如图1所示。 他的主要特性如下： ·工作电压：f SYS＝4 MHz：2．2～5．5 V； ·13位双向输入／输出口； ·8位带溢出中断的可编程定时／计数器，具有7级预分频器； ·石英晶体或RC振荡器； ·看门狗定时器； ·2 048×14位的程序存储器PROM； ·64×8位的数据存储器RAM； ·在V DD＝5 V且系统时钟为8 MHz时，指令时钟为0．5μs； ·四通道9位的A／D转换器； ·指令执行时间皆为1或2个指令周期低电压复位功能。 1．1 工作原理 电饭煲的工作原理如图2所示。通电后，系统进入待机状态，此时系统可接收用户的功能选择，用户所选功能通过显示电路显示出来，当用户按下确定键时，MCU开始对温度进行监测，对
各种功能进行相应的加热控制，直至功能结束时，发出声音报警提示。 1．2 硬件电路设计 （1）MCU MCU是电饭煲的核心部分，完成数据采集、输入、处理、输出、显示等功能。 （2）测温元件数的热敏电阻。由于热敏电阻值的变化与温度的变化是非线性关系，为了提高温度的测量分辨率和系统的抗干扰性能，设计电路如图3所示。 图3中，R t是负温度系数的热敏电阻；与R1并联后的阻值与温度的变化接近线性关系，提高分辨率；R2起分压作用；O点为测量点：当温度变化时，R t阻值发生变化，O点的电压也跟随变化，测量O点则可测量出温度的变化；C1是防止干扰引起O点的电压突变。 （3）加热执行电路 MCU通过PB1输出方波控制信号，通过电容偶合、整流后送到三极管的B极，放大后驱动继电器工作。这样有方波输出时，继电器接通发热盘电源，没有方波输出时，则断开发热盘电源。
智能模糊电饭煲控制系统设计
摘要 信息家电是21世纪家用电器发展的主流方向。论文通过探讨信息家电的发 展和技术要点，从实际工程出发，对传统家用电饭煲进行深入细致研究，实现电 饭煲智能化控制设计。 针对电饭煲的加热控制方法和电饭煲炊煮的最佳炊制加温曲线进行理论研 究，提出了一种电饭煲炊煮工艺流程的设计方案，详尽分析炊煮流程的各个阶段 和异常处理对策。针对炊煮流程，研制了一个易于实现的米量推算和加热功率的 一维模糊控制器。定制了不同煮饭模式、不同米种、不同米量的炊煮模糊控制和 保温、煲粥、蒸煮等状态的加热控制方案，并给出在炊煮各个阶段的参数。 论文分析了模糊电饭煲控制系统的硬件结构和软件系统的设计。本文重点研 究了HT46R47单片机在硬件设计过程中的低成本设计方法。在软件方面，研究了 模糊电饭煲控制系统的软件控制流程并给出其流程图，同时重点介绍了根据推理 结果设计的米量判断程序的流程。 关键词：电饭煲 HT46R47 模糊控制 1 - 页脚内容-
Abstract The information appliances is the main products of the appliances in the 21th century. The paper discusses the core technique and the development of the information appliances. According to the practical project, the research on the traditional electronic rice cooker has been made and the application of the network and intelligence technique on the electronic rice cooker is realized. According to the heating control rules and the best heating curve of the electronic rice cooker, the paper puts forward a new cooking process of the cooker, analyses all the steps of the cooking process and the exceptions at large. With the new cooking process, a one-dimension fuzzy controller that can calculate the weight of rice and the heating power 2 - 页脚内容-
洗衣机模糊控制matlab仿真
洗衣机模糊控制仿真 1.模糊控制背景 美国教授查徳（L.A.Zandeh）在1965年首先提出模糊集合的概念，由此打开了模糊数学及其应用的大门。 1974年英国教授马丹尼（E.H.Mamdani）首先将模糊集合理论应用于加热器的控制，创造了模糊控制的基本框架。 1980年，Sugeno开创了日本的首次模糊应用——控制一家富士电子水净化厂。1983年他又开始研究模糊机器人。 随着模糊控制技术的不断发展，模糊控制逐渐被应用到日用家电产品的控制，例如电饭锅﹑照相机﹑吸尘器﹑洗衣机等。 2.仿真目的 本次仿真的主要目的是设计一个比较合理的洗衣机模糊控制器，它能够根据被洗涤衣物的污泥多少和油脂多少，综合得到洗涤时间，从而达到最佳的洗涤效果。 3.仿真方法 本次仿真借助matlab中集成的模糊控制工具箱，使用图形界面进行模糊控制器的设计。最后随意给定几组输入，得到输出并作出简单分析。4.模糊控制器的设计 4.1模糊控制器理论设计方法 ①选择合适的模糊控制器类型； ②确定输入输出变量的实际论域； ③确定e,e?,u ?的模糊集个数及各模糊集的隶属度函数； ④输出隶属度函数选为单点，可使解模糊简单； ⑤设计模糊控制规则集； ⑥选择模糊推理方法； ⑦解模糊方法。
4.2实际设计过程 ①模糊控制器类型：选用两输入单输出模糊控制器，控制器输入为衣物的污泥和油脂，输出为洗涤时间。 ②确定输入输出变量的实际论域：输入为Mud(污泥)和Grease （油脂），设置Range=[0 100]（输入变化范围为[0,100]）；输出为Time(洗涤时间)，Range=[0 60]（输出变化范围为[0,60]）。 对应matlab 中模糊控制模块： ③确定模糊集个数及各模糊集的隶属度函数：将污泥分为3个模糊集：SD （污泥少）MD （污泥中）LD(污泥多)；將油脂分为三个模糊集：NG （油脂少）MG （油脂中）LG （油脂多）；将洗涤时间非为5个模糊集：VS （很短）S （短）M （中等）L （长）VL （很长）。 输入﹑输出隶属度函数都定为三角形隶属函数。结合④输出隶属度函数选为单点，可使解模糊简单；定义污泥隶属函数如下 50)50()(x x SD -=μ 0≤x ≤50 50 x 0≤x ≤50 =Mad μ =)(x MD μ 50 ) 100(x - 50＜x ≤100 50)50()(-=x x LD μ 50＜x ≤100 对应matlab 中隶属度函数仿真图如下：
模糊控制系统及其MATLAB实现
模糊控制系统及其MATLAB实现 1. 模糊控制的相关理论和概念 1.1 模糊控制的发展 模糊控制理论是在美国加州伯克利大学的L.A.Zadeh教授于1965 年建立的模 糊集合论的数学基础上发展起来的。之后的几年间Zadeh又提出了模糊算法、模糊 决策、模糊排序、语言变量和模糊IF-THEN规则等理论，为模糊理论的发展奠定了 基础。 1975年，Mamdani和Assilian创立了模糊控制器的基本框架，并用于控制蒸 汽机。 1978年，Holmblad和Ostergaard为整个工业过程开发出了第一个模糊控制器——模糊水泥窑控制器。 20世纪80年代，模糊控制开始在工业中得到比较广泛的应用，日本仙台地铁 模糊控制系统的成功应用引起了模糊领域的一场巨变。到20世纪90年代初，市场 上已经出现了大量的模糊消费产品。 近30 年来, 因其不依赖于控制对象的数学模型、鲁棒性好、简单实用等优点, 模糊控制已广泛地应用到图像识别、语言处理、自动控制、故障诊断、信息并且渗透到社会科学和检索、地震研究、环境预测、楼宇自动化等学科和领域, 自然科学许多分支中去, 在理论和实际运用上都取得了引人注目的成果。 1.2 模糊控制的一些相关概念 用隶属度法来定义论域U中的集合A，引入了集合A的0-1隶属度函数， 用,()x表示，它满足: A xA,1, ,x(),,AxA,0,
用0-1之间的数来表示x属于集合A的程度，集合A等价与它的隶属度函 数,()x A 模糊系统是一种基于知识或基于规则的系统。它的核心就是由所谓的IF-THEN 规则所组成的知识库。一个模糊的IF-THEN规则就是一个用连续隶属度函数对所描述的某些句子所做的IF-THEN形式的陈述。例如: 如果一辆汽车的速度快，则施加给油门的力较小。 这里的“快”和“较小”分别用隶属度函数加以描述。模糊系统就是通过组合IF-THEN规则构成的。 构造一个模糊系统的出发点就是要得到一组来自于专家或基于该领域知识的模糊IF-THEN规则，然后将这些规则组合到单一系统中。不同的模糊系统可采用不用的组合原则。 用隶属度函数表征一个模糊描述后，实质上就将模糊描述的模糊消除了。 模糊控制系统设计的关键在于模糊控制器的设计。模糊控制器的设计主要有三个部分: (1) 输入量的模糊化 所谓模糊化(Fuzzification) 就是先将某个输入测量量的测量值作标准化处理,把该输入测量量的变化范围映射到相应论域中,再将论域中的各输入数据以相应的模糊语言值的形式表示,并构成模糊集合。这样就把输入的测量量转换为用 隶属度函数表示的某一模糊语言变量。 (2) 模糊逻辑推理 根据事先已定制好的一组模糊条件语句构成模糊规则库,运用模糊数学理论对 模糊控制规则进行推理计算,从而根据模糊控制规则对输入的一系列条件进行综合评估,以得到一个定性的用语言表示的量,即模糊输出量。完成这部分功能的过程就是模糊逻辑推理过程。
基于单片机控制的模糊电饭锅
摘要 一个多世纪以来，许多科学家和思想家一直致力于人类大脑的 构筑函数和运行机制的研究，试图将人类的思维方法装入机器，这 就是人工智能。人工智能的出现，开辟了自动控制领域的新时代， 模糊控制技术就是人工智能的重要分支。 家用电器是模糊应用最多的领域之一，它们的控制过程一般很 难用精确的数学模型来描述，所以对家用电器的控制往往要基于模 糊控制，本文着重介绍在电饭煲的应用中，利用模糊控制原理如何 来识别煮饭量及进行加热温度控制，同时简单介绍其硬件系统和软 件系统的设计。 关键词：模糊变量，电饭煲，模糊控制，隶属函数 Abstract More than a century, many scientists and thinkers has been committed to building the human brain functions and operating mechanism in an attempt to load the machine the human way of thinking, this is artificial intelligence. The emergence of artificial intelligence and opened up a new era in the field of automatic control, fuzzy control technology is an important branch of artificial intelligence Household appliances is one of the areas most fuzzy applications, they generally difficult to control the process of accurate mathematical models to describe, so the control of household appliances often based on fuzzy control, this paper focuses on the application in the rice cooker, using fuzzy control theory and how to identify the amount of cooking and heating temperature control, while a brief introduction of their hardware and software system design. Keywords: fuzzy variables, rice cookers, fuzzy control, membership function 目录 1.前言 .........................................................................................................错误!未定义书签。 2 . 模糊控制系统概述...............................................................错误!未定义书签。 2.1.普通电饭锅的结构...............................................................错误!未定义书签。 2.2.方案论证....................................................................................错误!未定义书签。
基于MATLAB的模糊控制洗衣机的设与仿真(谷风软件)
基于MATLAB的模糊控制洗衣机的设计与 仿真 卫瑶瑶,王胜红 （南京农业大学工学院，210031） 摘要：根据模糊控制的原理对传统洗衣机进行改造，设计了模糊控制系统。通过MA TLAB仿真，采用取最大隶属度法得到清晰化结果，所得结果与理论计算结果一致。 关键词：模糊控制；洗衣机；MA TLAB Design and Simulation of Fuzzy Control System of Washing Machine Based on MATLAB Wei yaoyao, Wang Shenghong (College of Engineering，Nanjing Agricultural University，210031) Abstract: This paper designed a fuzzy control system for washing machine based on the theory of fuzzy control. This paper conducted the simulation of MATLAB, and took maximum membership degree method to get the results of clarity. Finally, it’s proved that the simulation results is the same with theory calculation. Keywords: fuzzy control; washing machine; MATLAB 自动控制从最早的开环控制起步，然后是反馈控制、最优控制、随机控制，再到自适应控制、自学习控制、自组织控制，一直发展到自动控制的最新阶段——智能控制。智能控制的几个重要分支有：专家系统、模糊控制、神经网络控制等。作为人类思维外壳的自然语言，本身就带有模糊性，这是计算机所不能理解的。模糊控制是以模糊集合理论和模糊逻辑推理为基础，把专家用自然语言表述的知识和控制经验，通过模糊理论转换成数学函数，再用计算机进行处理。传统控制方法对一个系统进行控制时，首先要建立控制系统的数学模型，即描述系统内部物理量（或变量）之间关系的数学表达式，必须得知道系统模型的结构、阶次、参数等。然而在工程实践中人们发现，有些复杂的控制系统，虽然不能建立起数学模型，无法用传统控制方法进行控制，但是凭借丰富的实际操作经验，技术工人却能够通过相应操作得到满意的控制效果【1】。 模糊控制之所以被人们广泛接受，是因为其有以下优点：（1）模糊控制器的设计不依赖于被控对象的精确数学模型；（2）模糊控制易于被操作人员接受；（3）便于用计算机软件实现；（4）鲁棒性和适应性好。 1 洗衣机模糊控制系统的原理 传统洗衣机从控制角度看，实际上是一台按事先设定好的参数进行顺序控制的机器，它不能根据情况和条件的变化来改变参数。而模糊逻辑控制的智能洗衣机，它能够完成除开启电源、放取衣物之外的全部功能，智能洗衣机的核心是单片机控制板，它具有检测和控制
模糊控制在倒立摆中的MATLAB仿真应用
TAIYUAN UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 题目： 院（系）： 专业： 学生姓名： 学号：
模糊控制在倒立摆中的仿真应用 1、倒立摆系统 简介 倒立摆有许多类型,例如图1-1的a和b所示的分别是轮轨式一级倒立摆系统和二级倒立摆系统的模型。倒立摆是一个典型的快速、多变量、非线性、本质不稳定系统,它对倒置系统的研究在理论上和方法论上具有深远的意义。对倒立摆的研究可归结为对非线性多变量本质不稳定系统的研究,其控制方法和思路在处理一般工业过程中也有广泛的用途。近些年来国内外不少专家学者对一级、二级、三级、甚至四级等倒立摆进行了大量的研究,人们试图寻找不同的控制方法实现对倒立摆的控制,以便检查或说明该方法的严重非线性和本质不稳定系统的控制能力。2002年8月11日,我国的李洪兴教授在国际上首次成功实现了四级倒立摆实物控制,也标志着我国学者采用自己提出的控制理论完成的一项具有原创性的世界领先水平的重大科研成果。 图1-1 倒立摆模型 (a)一级倒立摆模型（b）二级倒立摆模型 倒立摆系统可以简单地描述为小车自由地在限定的轨道上左右移动。小车上的倒立摆一端用铰链安装在小车顶部,另一端可以在小车轨道所在的垂直平面内自由转动,通过电机和皮带传动使小车运动,让倒立摆保持平衡并保持小车不和轨道两端相撞。在此基础上在摆杆的另一端铰链其它摆杆,可以组成二级、三级倒立摆系统。该系统是一个多用途的综合性试验装置,它和火箭的飞行及步行机器人的关节运动有许多相似之处,其原理可以用于控制火箭稳定发射、机器人控制等诸多领域。 倒立摆系统控制原理
单级倒立摆系统的硬件包括下面几个部分：计算机、运动控制卡、伺服系统、倒立摆和测量元件，由它们组成的一个闭环系统，如图1-2所示，就是单级倒立摆系统的硬件结构图。 图1-2 单级倒立摆硬件结构图 通过角度传感器可以测量摆杆的角度，通过位移传感器可以得到小车的位置，然后反馈给运动控制卡，运动控制卡与计算机双向通信。计算机获得实时数据，确定控制策略，发送到运动控制卡，运动控制卡执行计算机确定的控制策略，产生相应的控制量，由伺服电机转动来带动小车在水平轨道往复的运动，使摆杆保持倒立。 倒立摆系统状态方程 θ f 图1-3 单级倒立摆模型图 θ为杆与垂线的夹角，f为作用力，杆的质量m=，杆和小车的总重量m=,半杆长l=，重力加速度g=s2，采样周期T=.倒立摆的数学模型为：
电饭煲单片机智能控制系统设计
电饭煲单片机智能控制系统设计
景德镇陶瓷学院 本科生毕业设计（论文） 中文题目：电饭煲单片机智能控制系统 英文题目：Intelligent Rice Cooker SCM Control System
毕业论文（设计）诚信声明 本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 论文（设计）作者签名：日期：年月日 毕业论文（设计）版权使用授权书 本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计）。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为。 论文（设计）作者签名：日期：年月日 指导教师签名：日期：年月日
摘要 随着人们生活水平的提高，用微电脑控制的模糊电饭煲已经逐渐走入人们的日常生活。本课题从实际工程出发，对基于模糊技术的电饭煲控制系统设计和应用进行了深入的研究。 电饭煲是一种典型的模糊对象，其特性随着其装载物的量和种类的不同而大大不同，而煮饭功能则是电饭煲的主要功能，同时也是衡量电饭煲控制系统优劣的关键功能，因此，本文在控制系统的软件设计方面重点研究了电饭煲的煮饭功能。准确地判断出米量是电饭煲能够实现最佳控制效果的重要保障。所以，本文着重讨论了在电饭煲煮饭过程中，如何利用模糊推理法进行米量的判断。首先通过大量的前期实验和测试，在具体了解米量的大小给系统的状态带来的影响的基础上，选用合适的输入变量用“试错法”设计了一种二维的模糊推理机，并详细讨论了其推理过程。 本文实际设计和实现了一种模糊电饭煲控制器。在系统硬件方面，讨论了模糊电饭煲控制系统的硬件结构。在软件方面，研究了模糊电饭煲控制系统的软件控制流程并给出其流程图，同时重点介绍了根据推理结果设计的米量判断程序的流程。 最后，本文针对模糊电饭煲设计和开发过程中参数调整的复杂性问题，提出了一种基于模糊电饭煲参数调整的专家系统。由于在参数调整的过程中同样是利用了煮饭专家的经验，而这些经验是有规律可循的，可以用思路清晰的程序语言表达。 关键词: 电饭煲;模糊推理;试错法;专家系统
模糊控制器的MATLAB仿真
实验一模糊控制器的MATLAB仿真 一、实验目的 本实验要求利用MATLAB/SIMULINK与FUZZYTOOLBOX对给定的二阶动态系统，确定模糊控制器的结构，输入和输出语言变量、语言值及隶属函数，模糊控制规则；比较其与常规控制器的控制效果；研究改变模糊控制器参数时，系统响应的变化情况；掌握用 MATLAB 实现模糊控制系统仿真的方法。 二、实验原理 模糊控制器它包含有模糊化接口、知识库（规则库、数据库）、模糊推理机、解模糊接口等部分。输人变量e(t)是过程实测变量y(t)与系统设定值s(t)之差值。输出变量y(t)是系统的实时控制修正变量。模糊控制的核心部分是包含语言规则的规则库和模糊推理机。而模糊推理就是一种模糊变换，它将输入变量模糊集变换为输出变量的模糊集，实现论域的转换。工程上为了便于微机实现，通常采用“或”运算处理这种较为简单的推理方法。Mamdani推理方法是一种广泛采用的方法。它包含三个过程：隶属度聚集、规则激活和输出总合。模糊控制器的组成框图如图2.1所示。 图2.1 模糊控制器的组成框图 三、模糊推理系统的建立 一个模糊推理系统的建立分为三个步骤：首先，对测量数据进行模糊化；其次，建立规则控制表；最后，输出信息的模糊判决，即对模糊量进行反模糊化，得到精确输出量。 模糊推理系统的建立，往往是设计一个模糊控制系统的基础。建立一个模糊推理系统有两类方法：一种是利用GUI建立模糊推理系统；另一种是利用MATLAB命令建立。下面根据实验内容，利用GUI建立模糊推理系统。 例：对循环流化床锅炉床温，对象模型为
()()1140130120 ++s s 采用simulink 图库，实现常规PID 和模糊自整定PID 。模糊自整定PID 为2输入3输出的模糊控制器。 1、 进入FIS 编辑器 在MATLAB 的命令窗口中键入fuzzy 即可打开FIS 编辑器，其界面如下图所示。此时编辑器里面还没有FIS 系统，其文件名为Untitled ，且被默认为Mandani 型系统。默认的有一个输入，一个输出，还有中间的规则处理器。在FIS 编辑器界面上需要做一下几步工作。 首先，模糊自整定PID 为2输入3输出的模糊控制器，因此需要增加一个输入两个输出，进行的操作为：选择Edit 菜单下的Add Variable/Input 菜单项。如下图。
模糊控制电饭煲设计
模糊控制电饭煲 摘要：本文通过研究科学的煮饭时间控制要求，采用调制PWM占空比控制改变加热功率的方法实现对温度系统的模糊控制。 关键词：电饭煲模糊控制单片机PWM 模糊电饭煲与传统的电饭煲相比具有许多优越性。首先，它能根据锅内的米量、水量按要求选择最佳方式，从而做出合适的控制对策，这样既省电，煮出的米饭又松软可口。本文重点介绍何将模糊逻辑应用于电饭煲的温度控制过程以及具体实现方法。 1、米饭的烹饪过程分析 要想做出松软香滑的米饭，必须掌握加热对象的性质以及详细的加热过程，只有这样，才能够将大米中不易溶于水且难以消化的β淀粉转变为易溶于水、易于消化的α淀粉。经过大量的实验发现，要想达到理想的米饭效果，须要经过吸水、升温、沸腾、焗饭、保温5个阶段。在整个烧饭过程中，各阶段的持续时间不同，锅内温度的变化规律也各不相同，如图1所示。下面详细介绍米饭的几个烹饪过程。 1).吸水过程 一般情况下，大米本身含有14%的水分，在大功率加热升温之前，小功率低温使米的含水率达到25%左右，可使米粒内部均匀受热，从而使之烧成柔软鼓胀状。但是，一旦水温超过60℃，米中含有的β淀粉开始转化为α淀粉，米将变成糊状。因此，必须控制水温在60℃以下，通常使水温保持在35℃左右来完成理想的吸水过程。模糊推论的第1任务就是要确定吸水时间的长短。 2).快速升温过程 把已吸足水分的米采用大功率进行加热，使水温较快地升到沸点，但是速度要适当，通过对不同升温过程下的米饭进行α化，并还原糖量、硬度、粘着力、色泽等综合分析后发现，温度上升时间大约保持10min左右时，烧出的米饭综合效果最佳。这是模糊控制电饭煲要解决的第2个重要问题。 3).沸腾阶段
模糊温度控制器的设计与Matlab仿真(DOC)
模糊温度控制器的设计与Matlab仿真 徐鹏 201403026 摘要:针对温度控制系统的时变、滞后等非线性特性及控制比较复杂的问题,提出了一种模糊控制方案以改善系统的控制性能.该方案采用mamdani推理型模糊控制器代替传统的PID控制器,依据模糊控制规则由SCR移相调控晶闸管控制电阻炉电热功率,实现对温度的控制. Matlab仿真结果表明,模糊控制的引入有效地克服了系统的扰动,改善了控制性能,提高了控制质量. 关键词:温度控制器;模糊控制;仿真分析 中图分类号: TP272 文献标志码:A Abstract:For the temperature controlsystem with the nonlinear characters of time-varying and lag and the comp lexity in control,a fuzzy control algorithm is p resented. Thealgorithm adop tsmamdani reasoning fuzzyPID controller to rep lace the traditional PID controller and use the SCR phase-shift thyristor to control the e-lectric resistance furnace power based on the fuzzy control rules to imp lement the temperature control. Matlabsimulation results show that the fuzzy control can effectively overcome the disturbance and imp rove the con-trol performance. Key words: temperature controller; fuzzy control; simulation analysis 0 引言 在工业生产过程中,温度控制是重要环节,控制精度直接影响系统的运行和产品质量. 在传统的温度控制方法中,一般采取双向可控硅装置,并结合简单控制算法(如PID算法) ,使温度控制实现自动调节. 但由于温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后等特点,很难用数学方法建立精确的模型,因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果. 鉴于此,本文拟以模糊控制为基础的温度智能控制系统,采用人工智能中的模糊控制技术,用模糊控制器代替传统的PID 控制器,以闭环控制方式实现对温度的自动控制. 1温度控制系统的硬件组成 在该温度控制装置中,由SCR移相调控晶闸管控制电阻炉来实现对温度的控制. 在温控系统中,通过CAN总线将控制站、操作站和通信处理单元连为一体. 温度控制系统的结构简图如图1所示.