温度模糊控制系统的设计【毕业作品】
本科毕业论文PID温控系统的设计及仿真
CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 本科生毕业论文题目PID温控系统的设计及仿真学生指导教师学院信息科学与工程学院专业班级完成时间年月摘要温度是工业控制的主要被控参数之一。
可是由于温度自身的一些特点，如惯性大，滞后现象严重，难以建立精确的数学模型等，给控制过程带来了难题。
要对温度进行控制，有很多方案可选。
PID 控制简单且容易实现，在大多数情况下能满足性能要求。
模糊控制的鲁棒性好，无需知道被控对象的数学模型，且在快速性方面有着自己的优势。
研究分析了PID 控制和模糊控制的优缺点，把两者相互结合，采用了用模糊规则整定P K 、I K 两个参数的模糊自整定PID 控制方法。
本研究以电烤箱为控制对象，用MATLAB 软件对PID 控制、模糊控制和参数模糊自整定PID 控制的控制性能分别进行了仿真研究。
仿真结果表明PID 对于对象模型复杂和模型难以确定的控制系统具有很大的局限性，不能满足调节时间短、超调小的技术要求。
由于模糊控制的理论（如量化因子和比例因子的确定问题）并不完善，其可能获得的控制性能无法把握，而且模糊控制易受模糊规则有限等级的限制而引起稳态误差。
参数模糊自整定PID 控制吸收前两种方法的长处，满足了调节时间短、超调量为零且稳态误差较小的控制要求。
因此本论文最终确定采用参数模糊自整定PID 控制方案。
本系统硬件采用了以 AT89C52 单片机为核心的温度控制器，选用 k 型热电偶为温度传感器结合MAX6675芯片构成前向通道，同时双向晶闸管和SSR 构成后向通道，由按键、LED 数码显示器及报警单元等组成人机联系电路。
关键词：单片机，PID ，模糊控制，仿真ABSTRACTTemperature is one of the main parameters in the industrial process control.Yetthere are difficultiesto have a good control oftemperature becauseof the characteristics of the temperature itself:the temperature inertia is great, its time-lag is serious and it is hardto establish an accurate mathematical model.There are many methods to be selected in order to control a system. The PID controlis simple,easily realized andin most casesit meetsthe control demand. Fuzzy control has the advantage of quickness,itsrobustness is good and there is no needto know theobject ’smathematical model.This paper analyses the advantages and disadvantages of both PID control and fuzzycontrol and es to the method of bining them together,fuzzy self-tuningPID control. In this method,P K and I K of the PID controller are adjusted by fuzzy control rules ．In the paper simulations of PID control, fuzzy control and fuzzyself-tuning PID control are done by MATLAB to control a electric oven.Conclusions are that for those control objects of which models are plicated or hard to establish,the PID method has limitation and doesn ’t meet the control demand. As the fuzzy control method theory is not perfect, a good control performance cannot be expected. And it could easily cause the steady-state error for it is restricted by limited grades of the fuzzy rules.Finally the fuzzy self-tuning PID control method is selected, since it meets the control demands.In this paper AT89C52 is used as controller, toward access is posed of K which is used as the temperature sensor and MAX6675.Backward access is posed of bidirectional thyristor and SSR. Man-machine circuit is posed of keyboard, LED and warning unit, etc.Key words ：Micro Controller, PID Control, Fuzzy Control, Simulation目 录摘要IABSTRACTII第一章绪论11.1 课题的提出及意义11.2 控制系统背景介绍11.3 当代温控系统及智能算法2第二章温控系统的设计52.1 温控系统的总体设计52.1.1 温控系统设计的基本原则52.1.2 温控系统的结构及设计62.2 温控系统的硬件设计72.2.1 前向通道设计72.2.2 后向通道设计102.2.3 人机通道设计11小结15第三章系统控制方案163.1 PID 控制163.1.1 PID的概述163.1.2 PID 控制的基本理论及特点163.2 模糊控制183.2.1 模糊控制的概述183.2.2 模糊控制的基本原理及特点183.3 模糊PID 控制19小结21第四章仿真研究224.1 MATLAB及其模糊逻辑工具箱和仿真环境simulink224.2 仿真和优选234.2.1 控制对象模型234.2.2 仿真和方案选择25小结32第五章总结与展望335.1 主要工作容335.2 工作小结335.3 存在的问题及未来的方向34结束语35参考文献36第一章绪论1.1 课题的提出及意义温度是生产过程和科学实验中非常普遍而又十分重要的物理参数。
单片机温度模糊控制系统
XXXX学院毕业设计（论文）说明书题目：单片机温度模糊控制系统系别：电子与信息工程系专业班级：自动化2001级1班学生姓名：XXX指导教师：XXXX教研室：自动化教研室提交时间：2005年6月13日单片机温度模糊控制系统摘要本文主要讨论了基于模糊单片机NLX230的温度模糊控制系统的硬件设计和软件设计过程。
在此文中提出了数学模型难以确定或模型非常粗糙的工业系统的控制问题的解决办法——模糊控制方法；并阐述了有关模糊控制的基本知识和模糊控制系统设计的一般步骤，如模糊化、模糊判决、模糊控制器的设计等；介绍了模糊单片机NLX230的引脚及功能；并以加热炉控制系统为例，选取炉子出口温度与给定温度之间的偏差与偏差变化率作为输入变量，以系统燃料管道上燃料流量控制阀的开度为输出变量，通过模糊单片机NLX230设计了一个双输入单输出的模糊控制系统来实现温度控制。
关键词：温度控制；模糊控制；NLX230；单片机；自动控制四川理工学院毕业设计（论文）说明书AbstractThis text mainly discusses to control the hardware design and software of the system to design the process according to the temperature faintness of a machine NLX230.Put forward the solution of mathematics model control problem of hard assurance or model very rough industry system in this text-misty control method. Elaborated that the basic knowledge and faintnesses of the relevant misty control the general step of the system design also,if the faintness turn,design etc.of the misty verdict,misty control Introducing a machine NLX230leads the feet and functions. Combine to take the heating stove control system as an example,select by examinations the cooker exit temperature and give to settle the deviation and the deviation variety rate conduct and actions between temperature the importation changes the quantity,with the system fuel piping last the fuel discharge control the valve opens the degree for the exportation changes the quantity,designing through a machine NLX230a pair misty control system of single output's of importations to carry out the temperature control.Keyword:The temperature control;Misty control;NLX230;A machine;Automatic control.单片机温度模糊控制系统目录第一章引言 (1)第二章模糊控制 (2)2.1模糊控制原理简介 (2)2.2模糊控制设计的一般流程 (3)2.3模糊控制器设计的步骤 (4)第三章模糊单片机NLX230 (9)3.1NLX230的引脚及功能图 (9)3.2NLX230的结构特点 (10)3.3NLX230的内部寄存器及功能 (12)3.4NLX230的操作及接口技术 (13)第四章系统设计 (16)4.1系统硬件设计 (16)4.1.1系统硬件结构 (16)4.1.2NLX230工作过程 (18)4.2系统软件设计 (18)4.2.1模糊控制器的设计 (18)4.2.2温控系统的开发 (25)4.3系统仿真 (27)结束语 (28)参考文献： (29)附录 (30)致谢 (32)四川理工学院毕业设计（论文）说明书Contents1.Preface (1)2.Fuzzy control (2)2.1The fuzzy control principle brief introduction (2)2.2General process that fuzzy control design (3)2.3The step of the fuzzy controller design (4)3.NLX230 (9)3.1The NLX230leads the feet and function diagrams (9)3.2NLX230structure characteristics (10)3.3The NLX230inner part deposits the machine and functions (10)3.4NLX230operation and connect a people's technique (13)4.System design (16)4.1The system hardware design (16)4.1.1System hardware structure (16)4.1.2The NLX230work process (18)4.2The system software design (18)4.2.1The design of the misty controller (18)4.2.2The development of WEN KONG4's system (25)4.3The system really imitate (27)Conclusion (28)Reference: (28)Appendix (30)Send thanks (32)单片机温度模糊控制系统第一章引言温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。
温度控制系统的设计_毕业设计论文
温度控制系统的设计_毕业设计论文摘要：本文基于温度控制系统的设计，针对工况不同要求温度的变化，设计了一种通过PID控制算法实现温度控制的系统。
该系统通过传感器对温度进行实时监测，并将数据传输给控制器，控制器根据设定的温度值和反馈的实际温度值进行比较，并通过PID算法进行控制。
实验结果表明，该温度控制系统具有良好的控制性能和稳定性。
关键词：温度控制系统；PID控制；控制性能；稳定性1.引言随着科技的发展，温度控制在很多工业和生活中都起到至关重要的作用。
温度控制系统通过对温度的监测和控制，可以保持系统的稳定性和安全性。
因此，在各个领域都有大量的温度控制系统的需求。
2.温度控制系统的结构温度控制系统的结构主要包括传感器、控制器和执行器。
传感器负责对温度进行实时监测，并将监测到的数据传输给控制器。
控制器根据设定的温度值和反馈的实际温度值进行比较，并通过PID控制算法进行控制。
执行器根据控制器的输出信号进行操作，调节系统的温度。
3.PID控制算法PID控制算法是一种常用的控制算法，通过对控制器进行参数调节，可以实现对温度的精确控制。
PID算法主要包括比例控制、积分控制和微分控制三部分，通过对每一部分的权值调节，可以得到不同的控制效果。
4.实验设计为了验证温度控制系统的性能，我们设计了一组温度控制实验。
首先，我们将设定一个目标温度值，然后通过传感器对实际温度进行监测，并将数据传输给控制器。
控制器根据设定值和实际值进行比较，并计算控制信号。
最后，我们通过执行器对系统的温度进行调节，使系统的温度尽量接近目标温度。
5.实验结果与分析实验结果表明，通过PID控制算法，我们可以实现对温度的精确控制。
在设定目标温度值为40℃的情况下，系统的稳态误差为0.5℃，响应时间为2秒。
在不同工况下，系统的控制性能和稳定性都得到了有效的保证。
6.结论本文基于PID控制算法设计了一种温度控制系统，并进行了相应的实验验证。
实验结果表明，该系统具有良好的控制性能和稳定性。
基于PLC的模糊算法温度控制系统
基于PLC的模糊算法温度控制系统设计摘要：介绍了基于SIEMENS公司S7—200系列可编程序控制器的模糊算法温度控制系统的设计过程．首先简要介绍了PLC可编程控制器的概念，结构和工作原理，其次简单介绍了本系统采用的模糊算法的基本内容，接下来讲解系统的组成和运行流程，最后给出了温度控制系统的硬件组成和软件设计，包括温度控制系统的硬件选择、输入／输出地址分配及外部接线图、内存变量分配表和系统的主控制程序及子控制程序．本系统通过PLC可编程控制器实现了生产一线的实际生产需求，达到了作为工业控制器的目的。
关键词：PLC控制系统；模糊经验算法；温度控制PLC-based fuzzy algorithm for temperature control systemAbstract:the company SIEMENS S7-200 Based Series Programmable Logic Controller Fuzzy algorithm temperature control system design process. First introduces the concept of programmable logic controller PLC, structure and working principle, followed by a brief introduction system adopts the basic Neirong a fuzzy algorithm, the next to explain the composition and operation of the system process, given the temperature control system hardware composition and software design, including temperature control system hardware selection, input / output address assignment and external wiring diagram, the memory allocation table variables and the main control program and sub-control procedures. The PLC programmable controller system through the production line of the actual production needs, to achieve the purpose as industrial controllers.Key words:PLC control system; fuzzy experience algorithm; temperature control目录绪论 (1)1. PLC可编程控制器介绍 (2)1.1 PLC的基本概念 (2)1.2 PLC的基本结构 (2)1.3 PLC的工作原理 (3)1.4 PLC的应用领域 (4)2. 模糊算法控制的简要介绍 (5)2.1 模糊控制理 (5)2.2 经典模糊算法 (5)2.3 模糊算法与PID算法 (6)2.3.1 PID控制的特点 (6)2.3.2 模糊控制的特点 (6)3. 油桶温度控制系统的总体介绍 (7)3.1系统介绍 (7)3.2系统组成 (7)3.2.1 锅炉蒸汽部分 (7)3.2.2 被控对象—油桶 (8)3.2.3 控制部分—PLC (8)4. 基于PLC的模糊算法温度控制系统运行原理 (9)4.1 系统控制算法 (9)4.2 系统运行流程 (9)5. 系统的硬件设计 (11)5.1 硬件选择 (11)5.1.1 CPU224模块 (11)5.1.2 模拟量输入模块EM231 (12)5.1.3 PT100温度传感器 (13)5.1.4 送风电机 (14)5.1.5 电磁阀 (16)5.2 硬件连接 (17)5.3 输入输出点地址分配 (18)5.4 内存变量分配表 (19)6. 系统程序设计 (21)6.1 主控制程序设计. OB1 (21)6.2 一号油桶子程序设计.SBR0 (22)6.3 二号油桶子程序设计.SBR1 (24)7. 系统仿真 (26)结论 (29)致谢 (30)参考文献 (31)绪论论文题目为基于PLC模糊算法的温度控制系统设计。
模糊PID温度控制系统的设计
模糊PID温度控制系统的设计模糊PID控制是一种将模糊逻辑和PID控制相结合的控制方法，它充分利用了PID控制器的优点，同时通过引入模糊逻辑来克服传统PID控制中的一些问题，如参数调整不易、对非线性和时变系统的适应性较差等。
本文将介绍模糊PID温度控制系统的设计。
一、系统结构设计模糊PID温度控制系统的基本结构包括输入端、模糊推理机和输出端。
输入端包括温度传感器和设定温度设备，用于测量被控温度和设定温度。
模糊推理机通过将模糊化的输入转换为模糊化的输出，生成对应的控制量。
输出端包括执行器，将控制量转换为控制信号，使温度回路的输出能够稳定地接近设定值。
二、模糊化模糊化是将连续性的输入（如温度误差和误差变化率）转换为模糊集合的过程。
在模糊化中，需确定输入的模糊集合函数和隶属度函数的形状。
常见的模糊集合函数有三角型、梯形和高斯型函数。
可以根据实际系统的特点和需求选择适合的模糊集合函数，并确定隶属度函数的参数。
三、模糊推理机模糊推理机是模糊PID控制的核心部分，它通过模糊化的输入和事先设定的模糊规则来生成模糊化的输出。
首先，需要确定模糊规则的数量和形式。
常见的模糊规则形式有“IF-THEN”规则和模糊关联规则。
在确定模糊规则时，可以参考专家经验或使用模糊综合评判方法进行推导。
然后，需要设计模糊推理机的推理引擎，常见的方法有最大隶属度法和加权平均法。
四、解模糊化和反馈解模糊化是将模糊化的输出转换为实际的控制量，以便执行器能够产生相应的控制信号。
常见的解模糊化方法有最大隶属度法、面积法和中心平均法等。
在解模糊化的过程中，可以根据系统的需求和性能要求选择合适的解模糊化方法，并确定相应的解模糊化函数和参数。
另外，模糊PID 控制系统通常还会加入反馈环节，用于对控制效果进行调整和修正，提高控制系统的稳定性和鲁棒性。
五、参数调整和性能评价模糊PID控制器的参数调整是控制系统设计中的重要环节。
传统的PID控制器可以通过经验公式或试错法进行参数调整，而模糊PID控制器通常使用专家经验、试验方法或优化算法进行参数调整。
模糊PID温度控制系统的设计
模糊PID温度控制系统的设计摘要本文主要介绍了一种基于模糊控制理论的PID温度控制系统设计方法。
该系统采用模糊PID控制算法，通过模糊控制器实现温度的精确控制。
具体来说，该系统包括传感器模块、执行器模块、控制模块和人机交互模块等组成部分。
实验结果表明，该系统能够实现稳定的温度控制，并且具有良好的鲁棒性和适应性。
引言目前，温度控制在化工、食品、医疗等领域中得到广泛的应用。
传统的温度控制方法主要是PID控制，但是在实际应用中，由于受到环境因素的干扰和系统不稳定等因素的影响，传统PID控制方法很难达到精准控制的效果。
因此，需要寻求一种更为优越的控制方法。
模糊控制是一种新兴的控制方法，它能够应对复杂、不确定的系统，逐渐在实际控制中得到广泛的应用。
本文基于模糊控制理论，设计了一种基于模糊PID控制算法的温度控制系统。
系统设计本文所设计的基于模糊PID控制算法的温度控制系统主要由传感器模块、执行器模块、控制模块和人机交互模块等组成部分。
具体来说：1. 传感器模块：该模块主要用于检测系统当前的温度水平，将实时温度值传输给控制模块。
2. 执行器模块：该模块主要用于调节系统的设定温度值，当系统需要升温或降温时，执行器会自动按照预设程序进行调节。
3. 控制模块：该模块采用模糊PID控制算法，通过对实时温度值进行分析、处理、反馈等操作，来精确控制系统的温度。
4. 人机交互模块：该模块主要用于与用户进行交互，显示系统状态、设定温度值等信息，从而方便用户对系统进行监控和操作。
系统运行原理该系统的运行主要是通过控制模块实现的。
控制模块首先通过传感器模块获取实时温度值，然后对温度进行模糊处理，获取误差值。
根据误差值、温度变化率和误差变化率的大小，控制模块计算出最佳的控制信号，将该信号传输给执行器模块。
执行器模块接收到控制信号后，会根据信号的大小和方向调整系统的设定温度值，从而实现对温度的精确控制。
同时，控制模块会不断地根据实时温度值和设定温度值的差异进行检测和调整，直到系统达到稳定的温度水平。
毕业设计(论文)-基于PLC实现的水温控制
基于PLC实现的水温控制XXX（陕西理工学院电气工程系自动化专业，2007级2班，陕西汉中723003）指导教师：XXX[摘要]针对工农业生产中现有的水温控制系统可靠性低、控制精度差、成本高等缺点。
我们利用三菱FX0N60-MR型PLC构建了一个水温控制系统对这一问题进行了研究。
在整个控制系统中以电阻炉作为被控对象，以水温为被控变量，以三菱FX0N60-MR型PLC为控制器，输入部分外加光电耦合器，并用按键和数码管构建了人机接口设置目标温度；控制算法的选择经过对模糊控制和PID算法的实验对比，最终选择采用PID。
PLC程序利用梯形图编程语言进行编写。
在系统搭建完成后我们利用试凑法，通过大量实验对PID控制器的参数进行了优化，进过测试系统能够达到设计要求。
除此之外该系统还具有硬件结构简单、系统可靠性高、制作成本低廉、控制器参数易于调试等优点。
能够利用小型PLC实现对水温较高精度的控制。
[关键词]PLC 温度控制PIDPLC-based temperature control to achieveLiao zhong lin(Grade 07,Class2,Major Automation，Department of Electrical Engineering，Shaanxi University ofTechnology，Hanzhong 723003，Shaanxi)Tutor: Liu pei[Abstract] According to the existing water temperature in the industry and agriculture production control system reliability, low cost, high control precision poor shortcomings. We use mitsubishi FX0N60-MR type PLC has constructed a water temperature control system for this problem is studied. In the whole control system to resistance furnace as controlled object to water temperature as controlled variables, the mitsubishi FX0N60-MR type PLC as the controller, input part plus photoelectric couplers, buttons and digital tube and constructing the man-machine interface set target temperature; The choice of control algorithm based on fuzzy control and PID algorithm experimental, finally choosing PID. PLC program use ladder diagram programming language to write. After the completion of the structures in the system we use trail-and-error, through a large number of experiments of PID controller parameters are optimized, the test system can meet the design requirements. Besides this system also has the hardware structure is simple, system reliability high, production cost is low, and the controller parameters is easy to debug, etc. Can use small PLC to control the water temperature higher accuracy.[Key words] PLC temperature control PID目录绪论 (1)1．设计方案的论证 (2)1.1PLC的选型 (2)1.1.1常用PLC的特点比较 (2)1.1.2本设计PLC的选型 (3)1.2控制方案的选择 (3)1.2.1采用模糊控制的温度控制 (3)1.2.2采用PID算法的温度控制 (3)1.2.3 控制方案的选择 (4)2．硬件电路的设计 (5)2.1PLC硬件资源分配设计 (5)2.2温度传感器 (8)2.2.1 利用温度变送器采集 (8)2.2.2 利用DS18B20采集 (8)2.3输入部分电路设计 (10)2.3.1 设置输入部分电路设计 (10)2.3.2 AD转换结果输入部分电路设计 (10)2.4输出部分电路设计 (10)3．系统软件的设计 (13)3.1PLC编程语言简介 (13)3.2输入部分程序设计 (15)3.3显示部分程序 (15)3.4PID运算部分程序设计 (15)4．系统的调试 (19)4.1硬件调试 (19)4.2软件调试 (19)4.1软硬件联合调试 (19)4.3实验数据 (19)参考文献 (20)英语科技文献翻译 (21)附录 (34)附录A：源程序 (34)附录B：元器件清单 (37)附录C：电路总图 (38)附录D：实物图 (39)致谢 (40)绪论温度控制系统在各行各业的应用虽然很广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高。
基于单片机的水温恒温模糊控制系统设计
基于单片机的水温恒温模糊控制系统设计水温恒温在很多工业领域中都是非常重要的，比如在制造过程中需要严格控制水温以确保产品质量，或者在实验室中需要保持水温恒定以保证实验结果的准确性。
为了实现水温恒温，可以采用单片机控制系统进行模糊控制，以更好地调节水温并确保其恒定性。
一、系统设计1.系统组成该水温恒温模糊控制系统包括以下几个部分：1)传感器：用于实时监测水温，通常采用温度传感器来获取水温数据。
2)单片机：作为系统的核心控制部分，负责根据传感器采集的水温数据进行控制算法处理，并输出控制信号给执行器。
3)执行器：负责控制水温调节设备，比如加热器或制冷器，以使水温保持在设定的恒温值附近。
4)人机界面：用于设定水温的目标值、显示当前水温以及系统的工作状态等信息，通常采用液晶显示屏或LED灯来实现。
2.系统工作原理系统工作流程如下：1)单片机通过传感器获取实时水温数据，并与设定的恒温值进行比较。
2)根据实时水温和设定值之间的差异，单片机通过模糊控制算法计算出调节水温的控制信号。
3)控制信号送往执行器，执行器根据信号控制加热器或制冷器对水温进行调节。
4)单片机不断循环执行上述步骤，使水温保持在设定的恒温值附近。
二、模糊控制算法设计模糊控制算法是一种基于模糊逻辑进行推理和决策的控制方法，适用于非线性、不确定性系统的控制。
在水温恒温控制系统中，可以设计如下的模糊控制算法：1.模糊化：将实时水温和设定水温映射到模糊集合，通常包括“冷”、“适中”和“热”等。
2.模糊规则库：根据实际情况，设定一系列的模糊规则，描述实时水温和设定水温之间的关系。
3.模糊推理：通过模糊规则库，进行模糊推理，得到相应的控制信号。
4.解模糊化：将模糊推理的结果映射到实际的控制信号范围内，作为执行器的输入。
通过模糊控制算法设计，可以更加灵活地调节水温，适应各种复杂环境下的恒温控制需求。
三、系统实现在实际系统的实现中，首先需要选择合适的传感器，并设计好传感器的接口电路来获取水温数据。
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B I YE SHE JI（20届）温度模糊控制系统的设计所在学院专业班级自动化学生姓名学号指导教师职称完成日期年月摘要对于温度的模糊控制系统具有真正的智能化和灵活性，越来越多的温度控制系统都基于模糊控制算法而设计。
随着科学的发展，被控制对象变得越来越复杂，应用常规温度控制方法，控制精度和鲁棒性都达不到控制要求。
当控制对象很复杂的情况下，常规温度控制器已经不再适用了，为了提高对复杂系统的控制性能，要使用模糊控制器。
这种方法主要是将PID控制与模糊控制的简便性、灵活性、以及鲁棒性融为一体，构造了一个模糊PID温度控制器。
本文设计了一种基于模糊PID的温度控制系统，以AT89C51单片机为核心，主要做了如下几方面的工作：首先介绍了模糊PID控制理论基础，其次进行系统的硬件设计以及硬件选择，最后进行系统的软件设计以及仿真。
关键词：模糊控制理论；模糊PID；温度控制；仿真IAbstractFuzzy temperature control system with real intelligence and flexibility, more and more temperature control systems are designed based on fuzzy PID control system .With the control object becomes complicated, using conventional temperature control accuracy and the lower robustness .When the control object is a complex situation, conventional controller is no longer applied, in order to improve the control performance of complex systems,we have to use the fuzzy PID temperature controller.A way to PID control and fuzzy control of simplicity, flexibility, and robustness of the integration, we constructed a fuzzy PID temperature controller.This design presents a fuzzy-based PID temperature control system to AT89C51 SCM,made the following main areas of work:first introduce the theory of fuzzy PID control,second for the hardware design and hardware design,and finally to the system software design and simulation.Key words:Fuzzy PID;Fuzzy control theory;Temperature control;SimulationII目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)目录 (III)第一章引言 (1)1.1课题的背景和意义 (1)1.2模糊控制的发展与现状 (3)1.3温度测控技术概论 (3)第二章模糊控制理论 (5)2.1模糊控制理论的数学基础 (5)2.1.1模糊集合 (5)2.1.2隶属函数 (6)2.1.3 模糊关系、模糊矩阵及模糊变换 (8)2.1.4 模糊命题与模糊逻辑 (9)2.2模糊控制理论 (10)2.2.1 模糊控制系统以及工作原理 (10)2.2.2 一般模糊控制器的基本结构原理 (11)2.2.3 模糊控制器的基本类型 (13)第三章温度的模糊控制器的设计 (19)3.1模糊控制系统的设计概论 (19)3.1.1 概论 (19)3.1.2模糊控制器的设计步骤及应注意的事项 (19)3.2模糊控制系统的基本硬件组成 (24)3.3模糊控制系统的软件设计 (25)3.3.1 系统的主程序框图 (25)第四章系统的仿真 (26)III4.1仿真工具 (26)4.2MATLAB以及它的模糊逻辑工具箱及其仿真环境 (26)4.2.1 MATLAB的简介 (26)4.2.2 模糊逻辑工具箱 (26)4.3模糊控制系统的仿真 (28)4.3.1 控制对象模型 (28)4.3.2 MATLAB仿真 (29)4.4仿真结果与分析 (31)结论 (33)参考文献 (34)致谢 (35)IV第一章引言1.1课题的背景和意义温度在我们的工业生产过程和科学实验中扮演者非常普遍而又十分重要的角色，在日常生活中，我们也无时无刻不在与温度密切的打着交道。
为了高效地进行工农业生产，必须对生产过程中的主要参数——温度等进行有效的控制。
在工业和农业生产过程中，对温度的准确的测量和有效的控制是优质、高产、低耗和安全生产的重要条件。
随着对工农业生产要求的提高，传统的经典模式已经渐渐不能满足要求，所以我们引入模糊控制技术来完成，模糊控制具有控制灵活、适应性强、调节速度快等优点。
传统控制理论经历过经典控制理论和现代控制理论两个具有里程碑意的重要阶段，它们的共同点都是基于被控对象的清晰数学模型。
而模糊控制则可以解决那些非清晰的数学模型，为工农业的发展提供了相当重要的知识背景。
随着社会的发展，研究的对象和实际系统越来越具有时变性、非线性、不完全性、不确定性以及大滞后等特性，因而我们无法建立起表述它们运动规律和特性的数学模型，这些实际系统和那些固定的数学模型之间的巨大差距，使我们很难对系统实现传统的有效的自动控制，于是便出现了某些模糊控制、神经控制等系统，产生和发展了智能控制。
模糊控制是一种隶属于智能控制的控制形式,是目前在自动化技术领域中已成为一个非常活跃的领域。
模糊集合和模糊控制理论的概念是被美国加利福尼亚大学著名教授在他的著作中首先提出的。
模糊集合与模糊控制理论的提出，使我们能用比较简单的数学模型形式来表达人类的思维过程。
所以，当我们面临比较复杂的系统的时候，能够做出合理的处理，为模糊控制的广泛普及做下了充分的铺垫。
- 1 -图1-1 控制科学的发展过程随着工业的飞速发展,为了保证高产、高效的生产，我们对控制系统的控制要求也越来越高,所以仅仅依靠传统的经典控制模式是很难满足生产的需要。
随着被控对象的非线性和是变形越来越严重，并且还有许多干扰,仅仅靠利用精确书写数学模型的传统常规的控制方式是无法获得我们所需要的动态控制结果或静态控制结果的。
在非线形系统辨识和控制中应用模糊推理,已经成为控制界讨论和研究的热点问题。
与传统的控制方法相比较，模糊控制方式具有许多明显的优点，主要用以下几点：（1）模糊控制方式的控制对象系统一般不容易得到比较精确的数学模型，是传统的控制方法所无法控制的；（2）模糊控制的控制规则的表达形式是通过语言变量来实现的，这样来形成控制对象的模糊模型；（3）由于模糊控制系统的鲁棒性较强,所以它非常适用于对那些时变的非线性带滞后系统的控制。
- 2 -1.2 模糊控制的发展与现状模糊控制能反应人类的智慧，它是属于智能控制的一种控制方法，由于它的适应面广和易于普及，所以目前它成为了控制领域最活跃，最重要和最实用的分支之一。
尤其是它作为对传统控制的补充和改进的方法，常与传统控制相结合被应用于各种复杂的自动化中。
目前已经在工业控制及其他领域，诸如炼钢、化工以及医学心理系统中，特别是家用电器自动化领域和其他很多行业中解决了传统控制方法无法或难以解决的实际问题，取得了举世瞩目的成就。
模糊控制理论作为控制界一次深刻的变革，目前已被广泛普及，这标志着自动控制进入了一个崭新的阶层。
尤其是那些没有办法获得清晰精确的数学模型的是变形的、非线性的复杂系统，只能利用模糊控制器这样的智能性的控制方式，才可以得到比较有效的控制效果。
因此，模糊控制既有广泛的使用价值，又有很大的发展潜力。
1.3 温度测控技术概论目前，对于温度的检测在理论上发展较成熟，但在实际测量和控制中，如何保证快速实时地对温度进行采样，并能够正确的传输出系统的数据参数确，另外还能够较精确的对温度场进行控制，这是当务之急要面对的问题。
温度测控技术主要包括两个方面的内容：温度测量技术和温度控制技术。
温度测量技术有接触式测量和非接触式测量两种测量形式组成，发展比较早的便是接触式测量方法，它具有很多优点：操作简单，测量结果可靠，成本价格低廉，并且它的测量精度很高。
在一般情况下都能测得所测对象的实际温度；但是由于检测元件的热惯性的影响，响应时间会比较长，对热容量小的物体难以实现精确的测量，另外，腐蚀性介质的温度测量、超高温的温度测量以及运动物体的温度测量是不适于用这种方法的。
非接触式测温主要是通过检测辐射能量来测量温度的，它具有响应速度快、可以测量热容量小的物体以及运动着的物体的温度等优点，但是它也具有测量误差大、价格昂贵等缺点。
因此，在实际的温度测量中，要根据具体的测量对象考录多方面的因素来选择合适的测量方法。
- 3 -温度控制技术主要有动态温度跟踪与恒值温度控制。
前者所实现的控制是使被控对象的温度按照预先设定好的温度曲线变化。
这在工业生产中使用是非常普遍的；恒值温度控制，顾名思义是把被控对象的温度恒定在某一定值上，且要求其稳态误差不能超过某个允许的范围。
- 4 -第二章模糊控制理论第二章模糊控制理论2.1 模糊控制理论的数学基础2.1.1 模糊集合模糊集合论是一门用清晰的数学方法去描述、研究模糊事物的数学理论。
把经典集合的概念加以推广使其边界模糊化，使某一个元素既属于这集合，又属于另一个集合，于是，元素与元素之间的关系则由经典集合论中的“绝对属于与否”，变成了现在的“相对属于”。
描述论域中某个元素属于F集合的程度的量叫做隶属度。
每当提起一个集合F时则需要给出论域中每一个元素属于该集合的程度，即隶属度。
模糊集合一般情况下用隶属函数来表示，主要的方法有以下几种：（1）序对法当F集合的论域U中的元素个数有限时，F集合A表示为：A=｛,A()｜｝=｛(,A()),(,A()),…,(,A （）)｝（2-1）（2）扎德法当论域U中的元素的个数有限时，F集合A可以表示为：A == + + … + （2-2）如果论域U中的元素的个数是无限不可数时，则可表示为：A=（2-3）（3）向量法若论域中有有限个元素并且元素是有序时，那么集合就可以表示为将元- 5 -素的隶属度类比为向量中的分量排列起来而成的集合，那么集合就相当于是个向量，各个元素的隶属度取值就是它的各分量，所以也称集合为向量，即写成如下的形式：（2-4）当用向量的方法来表示模糊集合时，相同论域上的各F集合中的元素，其隶属度必须按照相同的排列顺序排列，而且不能省略那些隶属度等于零的项，；例如当A ()=0时,则写成（2-5）（4）函数法当论域U 中的元素个数是无限不可数时，根据定义，隶属函数完全可以来表征模糊集合，因为所有元素x对A 的隶属度都是通过隶属函数来表示的。