基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究中文摘要基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究中文摘要 Ｆｕｚｚ ｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ（模糊控制）属于智能控制的范畴，是一种基于语言规则的控制。传统ＰＩＤ控制的出发点是建立在被控对象的精确数学模型基础上，而实际控制对象的数学模型是难以获得或者根本就无法得到的。模糊控制却是建立在模糊数学基础上的一种模糊语言规则的控制，它不需要对象的精确数学模型，只要建立一定的控制规则，并对不同控制对象的适应能力强，因此模糊控制理论得到越来越广泛的应用。本文阐述的是将模糊控制理论应用于温度控制系统，结合先进的硬件技术，将模糊语言控制策略变为有效的自动控制策略，利用微控制器强大的控制与计算功能，设计一个以ＡＴ８９Ｓ５１为核心的模糊控制器。此外，本文对模糊控制局域网络也做了一定的探讨。为了能适应某些特定场合的 高速通讯能力需要，利用了目前较流行的ＣＡＮ总线技术。选用ＳＪＡ１０００芯片作为ＣＡＮ总线控制器，并嵌入于模糊控制器设计之中，同时也保留了传统的通讯方式ＲＳ２３２／ＲＳ４８５。这样使得该控制器能适应多方位需求，即既可以独立使用，又适用于集中控制或分布式控制，有较强的灵活性。最终设计结果的验证，通过ＭＡＴＬＡＢ模糊逻辑工具箱和ＳＩ ＭＵＬＩＮＫ相结合的方法进行仿真，在模糊逻辑工具箱中建立模糊推理系统作为参数传递给模糊控制仿真模块，结合图形化的系统建模和仿真工具对模糊控制系统进行仿真。同时与ＰＩＤ控制仿真效果进行比较，以及“鲁棒性”（控制系统在其特性或参数发生摄动时仍可使品质指标保持不变的性能）仿真分析，最后利用模糊控制仿真出实际温度控制过程。仿真结果表明，将模糊控制理论应用于温度控制系统可以使设计变得更简单，效果更好，具有较强的可行性和实用性。关键词：模糊控制，ＰＩＤ控制，单片机，ＣＡＮ总线作者：包文娟指导教师：邹丽新朱桂荣基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究Ｔｈｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＢａｓｅｄ ｏｎ Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌＡｂｓｔｒａｃｔＦｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂｅｌｏｎｇｓ ｔｏ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｔｏｒｌ， ｂａｓｅｄ ｏｎ ｌｉｎｇｕｉｓｔｉｃ ｒｕｌｅｓ． Ｔｈｅｓｔａｒｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｔｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ ｏｆ ｏｂｊｅｃｔ， ｂｕｔ ｉｔ ｉｓ ｉｍｐｏｓｓｉｂｌｅ ｏｒ ｔｏｏ ｃｏｍｐｌｅｘ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ． Ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ｍａｔｈ， ｗｈｉｃｈ ｄｏｅｓｎ＇ｔ ｒｅｑｕｉｅ ｒａｃｃｕｒａｔｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ． Ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｎｌｙｎｅｅｄｓ ｔｏ ｂｕｉｌｄ ｕｐ ｃｅｒｔａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｒｕｌｅｓ， ｔｈｅｎ ｈａｓ ｓｔｒｏｎｇ ａｄａｐｔａｂｉｌｉｙ ｔｆａｃｅｄ ｗｉｔｈ ｄｉｆｅｒｅｎｔｏｂｊｅｃｔ， ｓｏ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅｏｒｙ ｇｅｔｓ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈａｄｖａｎｃｅｄ ｈａｒｄｗａｒｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｐｐｌｙｅｄ ｔｏ ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｆｕｚｚｙ ｌａｎｇｕａｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｃｈａｎｇｅｄ ｉｎｔｏ ｖａｌｉｄａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ． Ｍａｋｉｎｇ ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｏｎｇ ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｖｅ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｓ ａ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｗｉｔｈ ＡＴ８９Ｓ５１ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ．Ｉ ｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｏｅｓ ｃｅｒｔａｉｎ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄｕｓｅｓ ｔｈｅ ｐｏｐｕｌａｒ ＣＡＮ ｂｕｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ａｄａｐｔ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｙ ｔｉｎ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ． ＣＡＮ ｂｕｓ ｉｓ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄ ａｓ ｏｎｅｏｆ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｌ Ｆｉｅｌｄｂｕｓ． ＣＡＮ ｂｕｓ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅ ｏｆ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｗｉｔｈ ｃｈｉｐＳＪＡ１ｌｘ１０ ａｎｄ ｓｔｉｌｌ ｋｅｅｐｓ ｔｈｅ ＲＳ２３２／ＲＳ４８５ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ａｃｃｕｓｔｏｍｅｄｂｅｆｏｒｅ． Ｔｈｅｎ ｔｈｉｓ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｃａｎ ｂｅ ａｄａｐｔｅｄ ｔｏ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｄｅｍａｎｄｓ ．Ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｎｏｔｏｎｌｙ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙ， ｂｕｔ ａｌｓｏ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ ｏｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ． Ｉｎ ａ ｗｏｒｄ， ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｈａｓ ｓｔｒｏｎｇ ａｇｉｌｉｙｔ．Ｔｈｅ ｖｅｒｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｉｓ ｔｏ ｔａｋｅ ｆｕｌｌ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ Ｆｕｚｚｙ－ｌｏｇｉｃ ｔｏｏｌｂｏｘ ａｎｄＳＷＬＩＮＫ ｉｎ ＭＡＴＬＡＢ． Ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｉｎ ｔｈｅ Ｆｕｚｚｙ－ｌｏｇｉｃｔｏｏｌｂｏｘ ａｓ ａ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｔｏ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｏ ｆｉｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｍｏｄｅｌ． Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｂｏｕｔｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ， ａｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｏｂｕｓｔ恤ｃａｎ ｂｅｅｘｐｌａｉｎｅｄ ｔｈａｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｌｌ ｓｔｉｌｌ ｋｅｅｐ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎｄｅｘ基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究ｗｈｅｎ ｉｔｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｃｈａｎｇｉｎｇ）． Ａｔ ｌａｓｔ， ｔｈｅ ｆａｃｔｕａｌ ｒｕｎｎｉｎｇ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｏｒｌ． Ｔｈｉｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｒｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｉｔ ｉｓ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅｔｈｅ ａｎｔｉｃｉｐａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ勿ａｐｐｌｙｉｎｇ ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ． Ｉｔ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ， ｆｅａｓｉｂｌｅ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄ： Ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ，ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｓｉｎｇｌｅ－Ｃｈｉｐ Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ，ＣＡＮ ｂｕｓＳｕｐｅｒｖｉｓｅｄ勿ｂｙｗｅｎｊｕａｎＢａｏＺｏｎｌｉｘｉｎ， Ｚｈｕ ｇｕｉｒｏｎｇ苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明学位论文独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。研究生签名：一ｇｅ Ａ一一日期：学位论文使用授权声明苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文 合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保存期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权苏州大学学位办办理。研究生签名导师签名：！ｓ日期：知万７．￥． 日期：基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究第一章绪论第一章绪论１．１引言传统控制是经典控制和现代控制理论的统称１ １６１。前者侧重于解决单变量系统的控制问题，而后者则着重于多变量系统。随着工业生产过程的发展，现代工业自动控制系统对控制精度、响应速度、系统稳定性与适应能力的要求越来越高，由于传统控制是建立在精确的被控对象数学模型（微分方程和差分方程）基础上，而实际对象常常存在高度的非线性，动态突变性以及复杂结构等特点，各种复杂性和不确定性难以获得精确的数学模型，传统控制在工业生产中难以奏效。智能控制是一种先进的控制理论和技术，主要用来解决那些用传统控制难以解决的复杂问题，由于其高度的仿人智能特性，在处理工业生产过程复杂控制时，比传统控制方法更为先进和有效。传统控制和智能控制的内容概括如下：（１）经典控制理论主要采用时域、根轨迹、频域分析的方法，适用于单输入单输 出系统。包括ＰＩＤ控制、Ｓｍｉｔｈ预估控制、大林算法等。其中ＰＩＤ控制在工业生产实践中应用最为广泛。（２）经典控制理论中的高阶微分方程可转换为一阶微分方程组，用以描述系统的 动态过程即“状态空间法”阴。状态空间描述为现代控制理论的基础。对系统的数学模型进行分析，以数学模型为基础，设计出控制器，是现代控制理论的主要特征。研究内容包括：多变量线性系统理论、最优控制及最优估计理论和系统辨识理论．（３）智能控制是把人工智能的方法引入控制系统，并根据人的经验、逻辑推理和 自学习能力，从定性和定量相结合的方法入手，对那些因结构复杂、参数时变而难以用精确数学模型来描述的被控对象给出灵活的控制策略。主要包括了专家控制、模糊控制、神经网络控制和遗传算法等。而众多智能控制中以模糊控制应用最普遍。基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｒｔｏｌ的工业温度控制器的研究第一章绪论１．２温度模糊控制概述温度是流程工业中极为常见的热工参数，由于加热机理、加热装置特殊结构等具 体原因，使得过程对象经常具有大时滞、非线性、难以建立精确数学模型等特点。工业上采用的大多数是经典ＰＩＤ控制调节，而ＰＦＤ控制有时效果并不理想，其原因是Ｐ＞Ｄ控制器主要针对具有准确数学模型的控制对象，在线整定参数的能力差，不能满足系统在不同条件下对参数的自整定的要求，从而限制了控制效果的进一步提高。而智能模糊控制的核心是模拟人的思维方式对一些无法得到精确数学模型的被 控对象设计模糊控制器，通过建立输入、输出模糊集及模糊规则来实现有效的控制。用模糊逻辑实现控制研究的重点是控制器本身而不是被控对象，因此模糊控制特别适用于那些具有纯滞后、大惯性、参数漂移大的非线性不确定复杂系统。１．２．１模糊控制的起源“模糊”一词的英语名称为“Ｆｕｚ ｚｙ＂ ［＇｀３］，从文字上理解，包含了“含糊”、“不确定”、“不清楚”等概念。所谓“模糊性”，主要是指客观事物彼此差异在中间过渡时的“不分明性”。经典数学只能精确地描述事物，难以描述人们在日常生活中遇到的大量模糊现象。随着科学技术的发展，迫切要求能够描述和处理这些模糊现象和概念，人们在已有的经典数学的基础上，对它进行改造和扩充产生了模糊数学。模糊理论（ ４）是在美国加州大学柏克莱分校工程系的Ｌｏｔｉ＃Ａ．Ｚａｄｅｂ教授于１９６５年创立的模糊集合理论的数学基础上发展起来的，是描述处理人类语言所特有的模糊信息的理论，主要包括模糊集合（Ｆｕｚｚｙ Ｓｅｔ）及其隶属函数（Ｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）．模糊算子（Ｆｕｚｚｙ Ｏｐｅｒａｔｏｒ）和模糊关系（ＦｕｚｚｙＲｅｌａｔｉｏｎ ）。借助于隶属函数，像“快气“慢”、“冷”、“热”这些常规经典集合中无法解决的模糊概念可以在模糊集合中得到有效的表达，为计算机处理这种含糊性的信息提供了一种可行的方法。１．２．２国内外模糊控制的发展模糊控制作为智能控制中的一个部分， 它的发展和应用是相当迅速的。自从１９６５年美国Ｌ．Ａ．Ｚａｄｅｈ教授首先提出模糊集合和模糊控制的概念后，许多国家都投入了大量的研究人员对模糊控制进行研究。基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究第一章绪论Ｉ、国外模糊控制的发展１ ９７４年英国罗敦大学教授Ｅ．Ｈ．Ｍａｍｄａｎｉ首先成功地把模糊理论用于锅炉和蒸汽机的控制１５１，这一开拓性的工作标志着模糊控制工程的诞生。１９７９年英国的Ｉ．Ｊ．Ｐｒｏｃ业和Ｅ．Ｈ．Ｍａｍｄａｎｉ研究了自组织的模糊控制器，它在控制过程中不断修改和调整控制规则，使控制系统的性能不断完善。自组织模糊控制器的问世，标志着模糊控制器“智能化，．Ｎ度进一步向高级阶段发展，毫无疑问地证实它归属于“智能控制器”范畴。此外，日本在模糊控制应用方面走在了世界的前列，日本有专门的模糊控制研 究所。据日本电气公司（ＮＥＣ） １９９１年９月统计，松下、三菱、东芝等公司在空调机、全自动洗衣机、吸尘器等高档家电中普遍应用了模糊控制技术ｍ。美国的模糊工程是从美国宇航管理局（ＮＡＳＡ）开始的。美国专门从事模糊控制开发的机构是ＴｏｇａｉＩｎｆａｌｏｇｉｃ公司，主要从事模糊加速板和软件开发工具的研究。德国西门子公司和通讯电器公司联合研制了模糊１６６芯片，这种芯片具有三维模糊逻辑功能，可以操纵无人驾驶模型汽车。２、国内模糊控制的发展我国模糊控制理论以及应用研究工作是从１ ９７９年开始的。虽然起步较晚，但发展迅速，诸如在模糊控制、模糊辨识、模糊聚类分析、模糊图像处理、模糊集合论、模糊模式识别等领域取得了不少有实际影响的结果。１９７９年，李玉缓、刘志俊等人用连续数字方法研究了典型模糊控制器的性能。１９８６年，都志杰等人用单片机研制专用模糊控制器。１９８７年，张洪敏和张志敏研制成功我国第一台模糊推理机。随后，在我国不少大专院校和研究所都成功研制用于工业控制的模糊控制器１０。例如，何铝的碱熔釜反映温度模糊控制的研究：熊秋思等人的气炼机模糊复合控制系统；刘浪舟等人的玻璃窑炉模糊控制系统：于旭亮的化工过程大滞后系统的模糊控制研究【等等．近年来，我国也推出了模糊全自动洗衣机、模糊电饭煲、模糊控制自动恒温器等产品，标志着我国模糊技术的应用研究也有了飞速的发展。由于模糊控制技术已经渗透到经济社会和科学技术的各个领域。因此，模糊技术 已引起国际科技界、工程界和企业界广泛的重视，也是目前高新技术领域研究和应用的热点之一。基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究第一章绪论１．３本课题的研究目标和内容结构１３．１课题研究目标通过本课题设计，熟悉工程应用中从课题的定义、器件的选择、硬件电路原理图 及ＰＣＢ板的绘制。熟悉模糊控制器的硬件结构设计和控制规则设计，利用先进的仿真技术，验证设计结果的正确性，并和传统ＰＩＤ调节性能加以比较，从而体现模糊控制器的先进性。迄今为止，模糊控制技术己经取得可观的发展，但在目前的工业实际应用控制系 统中，模糊控制应用的方法并不普及，仍是ＰＩＤ控制占领主导地位。通过本课题的设计，最终希望模糊控制技术能在工业温度控制及其他领域得以推广与应用。１３．２本文的内容与结构本论文主要研究了模糊控制技术及其模糊温度控制器的单片机实现方法，本文的 内容共分为七章：第一章 第二章 绪论：概括了模糊控制的起源和发展、本文的研究目标和结构内容。控制算法的研究；分别介绍了ＰＩＤ控制和模糊控制的原理，从ＰＩＤ控制的局限性分析模糊控制的优势，并介绍模糊控制的设计步骤。 第三章 本文模糊控制器的规则设计；主要介绍了本文所设计的模糊控制器的具体实现过程，包括控制结构、隶属函数、控制规则等。 第四章 模糊控制器的硬件实现；提出了温度模糊控制器和ＣＡＮ适配卡电路设计的总体结构，介绍了各部分器件的功能与原理，并给出了电 路原理图及注意事项。 第五章 模糊控制器的软件设计；提出各主控模块的子程序流程图，对流程中某些参数的设置进行详细介绍，并说明了程序调试中所做的工作 和遇到问题的解决办法。 第六章 系统性能仿真及分析；利用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ对ＰＩＤ控制与模糊控制在特定条件下进行仿真的比较，以及“鲁棒性”分析。 第七章 总结与展望；对本次课题的设计过程进行了总结，分析了其中尚存在不完善的地方，为今后的进一步完善提供了意见。 基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｒｔｏｌ的工业温度控制器的研究第二章控制算法的研究第二章控制算法的研究２．１ ＰＩＤ控制算法工１．１ ＰＩＤ控制原理ＰＩ Ｄ控制是工业生产过程中被广泛采用的一种控制方法，是生产过程自动控制的发展历程中历史最久、生命力最强的基本控制方法。即使现代技术飞速发展的今天，仍有大约９５％以上的控制回路采用ＰＩＤ控制。 图２－１ ＰＩＤ控制系统原理图Ｆｉ ｇ．２－１ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍＰＩ Ｄ控制器是一种线性控制器，如图２－１所示。它根据给定值ｘ （ｔ）与实际输出值ｙ（ｔ）构成控制偏差ｅ （ｔ），即表示ｅ（ｔ）＝ｘ（ｔ）－ｙ（ｔ）。将偏差的比例（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ），积分（Ｉｎｔｅｇｒａｌ）和微分（Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称ＰＩＤ控制器１；８。其控制规律为：ｕ（ｔ）＝Ｋ．［ｅ（ｔ）＋喜｝ｅ（ｔ）ｄｔ＋Ｔｄ缪 ｌｔｉ习 必Ｇ（ｓ） ＝Ｕ－Ｅ５－５（２－１）或者写成传递函数形式（Ｋｐ－一比例系数；Ｔｔ－一积分时间常数；Ｔｄ－＝微分时间常数；）。Ｔｄｓ）＝Ｋｏ（１＋＋ （２－２）在微处理器控制系统中，由于是以采样周期对输入和输出状态进行实时采样，故 对ＰＩＤ控制算式需进行离散化，也就是数字式ＰＩＤ控制ｌｌ。现以一系列的采样时刻ｓ’点ｋＴ代表连续时间ｔ，以和式代替积分，以增量式代替微分，可得最终表达式：基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究第二章控制算法的研究⑦：十Ｋｄ ｅ（ｋ）－ｅ（ｋ－１）。ｕ（＊ｋ）） ＝＝ 凡［ＫＯｅ［ｅ（＊ｋ）＋＋ 告ｒＴｋｅ（｝｝Ｔ＋Ｔｄ ｅ（ｋ）－Ｔ〕ｅ（ｋ－１）一Ｋｏｅ（ｋ）＋过・（ Ｋｉ＝ Ｋ刀；． Ｋ，， －踢几，Ｔ为采样局期）２．１．２ ＰＩＤ控制的局限性（２－ ３）ＰＩ Ｄ控布小是建立在知道被控对象精确的数学模型的基础之上，只要调试整定好ＰＩＤ控制器参数Ｋｐ． Ｋ；， Ｋｄ后，便可投入生产运行，具有结构简单、稳定性能好、可靠性高、其控制原理与控制技术己完善成熟，且为现场工作人员和设计工程师们所熟悉等优点，但在实际工业过程控制中确存在这样的情况：（１）许多被控过程机理较复杂，具有非线性、慢时变、纯滞后等特点，这样就很 难得到确切的描述这些过程的传递函数或状态方程。（２）在噪声、负载扰动和其他一些环境条件变化的影响下，过程参数会发生变化。 采甩常规ＰＩＤ控制器，以一组固定不变的ＰＩＤ参数去适应参数变化、干扰等众多的变化因素，显然难以获得满意的控制效果。当参数变化超过一定的范围时，系统性能就会明显变差，致使ＰＩＤ控制难以发挥作用而无法适用。２．２ Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ算法针对常规ＰＩ Ｄ控制的局限，人们努力探索绕过精确数学模型的建立对系统进行控制的方法，Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ（模糊控制）就是其中之一。模糊控制系统是一种自动控制系统，它以模糊数学、模糊语言形式的知识表示和模糊逻辑的规则推理为理论基础；采甩计算机控制技术构成的一种具有反馈通道闭环结构的数字控制系统。同常规ＰＩＤ控制规律相比，它具有以下特点１９１．（１）设计系统时不需要建立被控对象的数学模型，只要求掌握现场操作人员或有 关专家的经验、知识或操作数据；（２）具有良好的“鲁棒性”，尤其适用于非线性时变、滞后系统的控制： （３）模糊控制方法可与经典控制方法相结合，因而灵活多变、形式多样。基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究第二章控制算法的研究２．２．１ Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｏｒｌ的基本原理Ｆｕｚ ｚｙ－ｃｏｎｔｏｒｌ（模糊控制）的基本原理ｎ何由图２一表示，它的核心部分为模糊控制器，如图中虚线框中部分所示。通常有两种组成方式：一是由模糊逻辑芯片组成的硬件专用模糊控制器，即用硬件芯片来直接实现模糊控制算法；二是用单片微机组成硬件系统，用软件来实现模糊控制算法，组成一个单片机的模糊控制系统。６２＃少卜－．一州ｋ扮￣—州图２一模糊控制器原理框图 Ｆｉ ＂．２－２ Ｆｕｚｚｖ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｒｉｎｃｉｎｌｅ ｂｌｏｃｋ本文采用第二种方式。模糊控制器的控制规则是单片机的程序实现，通过采样获取被控量的精确值，然后将此量与给定值比较得到偏差信号ｅ（在此取偏差反馈）。偏差信号ｅ及偏差变化ｃｃ作为模糊控制器的输入量。把ｅ， ｃｃ精确量进行模糊化变成模糊量，模糊量可用相应的模糊语言表示。至此，得到了偏差ｅ、偏差变化ｃｃ的模糊语言集合的子集Ｅ， ＥＣ。再由Ｅ， ＥＣ和模糊控制规则Ｒ（模糊关系）根据推理合成规则进行决策，得到模糊控制量Ｕ （＂ｄ代表合成运算）。为了对被控对象施加精确的控制，还需要将模糊量Ｕ转换为精确量，这一步骤 Ｕ＝（ Ｅ ｘＥＣ）ｏ Ｒ （２－４）在上图中称为去模糊化处理（亦称解模糊或清晰化处理）。得到精确的数字控制量经Ｄ／Ａ转变为精确的模拟量传送给执行机构，对被控对象进行一步控制。然后，中断等待第二次采样，进行第二步控制，这样循环下去就实现了被控对象的模糊控制。２．２．２模糊控制器的设计步脚与分析对于基本模糊控制器的设计与构造，利用人的直觉和经验，并不是用数学解析模 型来描述被控系统的特性，故没有固定的设计过程和方法，但一般来说基本模糊逻辑控市Ｉｌａ的设计过程可分为四个步骤：基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究第二章控制算法的研究１、构造模糊控制器结构；根据采样得到的系统输出值，计算所选择系统的输入 变量，即确定模糊控制器的输入量和输出量。在一般的模糊控制系统中，考虑到模糊控制器实现的简易性和快速性，通常采用二维模糊控制器结构形式。２、模糊化（Ｆｕｚｚ ｉｉｆｃａｔｉｏｎ）处理；即实现输入精确量的模糊化，通过量化因子将输入精确量变化的范围（基本论域）模糊化成在模糊集论域范围内。（１）基本论域及模糊子集论域；把模糊控制器的输入变量偏差、偏差变化的实际 范围称为这些变量的基本论域１１１。显然基本论域内的量为精确量。①设偏差Ｅ的基本论域为卜及凡］ ：偏差变化ＥＣ的基本论域为卜Ｘ＋．Ｘ＋｝；控对象实际所要求的控制量Ｕ的变化范围为卜Ｘ｝沐．」，称模糊控制器输出变量的基本论域。注意：若精确量ｘ的实际范围【 ａ，ｂ］，需转换到区间［－ｎ川，这种转换过程称为精确量的量化。量化过程采用如下公式：（２－５）②设偏差变量Ｅ、偏差变化率ＥＣ、控制量输出Ｕ所取的模糊子集的论域分别为： ｎ，－［ ，一ｎｌ＋１，…，０，１，…ｎ，一１皿１］； ［－ｎ２，－ｎ２＋１，．．．，０，１，．．．ｎ２－１，ｎ２］；［ －ｍ， ｎｉ＋１，．．．，０，１，二ｍ－１，Ｍ］；关于基本论域的选择，由于事先对被控对象缺乏先验知识，所以偏差及偏差变化 的基本论域只能做初步的选择，待系统调整时再进一步确定。（２）量化因子的计算 为了进行模糊化处理，必须将输入变量从基本论域转换到相应的模糊集论域，这 中间须将输入变量乘以相应的因子，从而引出量化因子ｎ２）的概念。量化因子一般用Ｋ表示，偏差的量化因子Ｋｅ及偏差变化的量化因子Ｋｅｃ由公式（２－６）确定：Ｋｅｃ＝共（２－６）Ｐ Ｘ－Ｉ注意：假设｛Ｘ．１，Ｘ．２｝和｛Ｘ．Ｉ，Ｘｅｃ２｝分别为关于偏差和偏差变化的论域，｛Ｘ：Ｉ＇，｝＇｝和｛ Ｘｗｉ＇，ｅ２＇｝分别为关于偏差和偏差变化的实际变化范围，则有：Ｋｅ＝玉过泣凡Ｉ －Ｘ．， Ｉ Ｘ｝，，一二，’Ｋｅｃ＝ Ｘ．２ －Ｘ．．（２－７）基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究第二章控制算法的研究输入量和量化因子相乘，并按公式（ （２－８）进行四舍五入计算，得到其等级值，即成为论域中元素。＿＿＿＿＿＿，Ｘ＿，｝＋Ｘ＿．’、．＿＿＿ｈ－－ＩＮ １ Ｉ ｘｅｌ入．一一）土Ｕ．３１ｚ ＿＿＿＿＿＿＿＿＿１；＜．；＝１Ｎ １－Ｉ ｘｅ以入￣一一Ｘ＿＿，＇＋Ｘ＿＿．’‘＿＿＿（２－８））士Ｕ．３Ｉ一 ２量化因子Ｋｅ和Ｋｅｃ的大小对控制系统的动态性能影响很大。当Ｋｅ选择较大时， 输出响应的超调也较大，过渡时间较长。从理论上讲，Ｋｅ增大，相当于缩小了偏差的基本论域，增大了偏差的控制作用。因此，导致上升时间变短，但系统的响应时间变长。Ｋｅｃ对超调的抑制作用十分明显。当Ｋｅｃ选择较大时，超调量减小，Ｋｅｃ越大，系统超调量越小，但系统的响应是时间变慢。３、模糊控制规则的建立；模糊控制规则是设计模糊控制器的关键，它实质上是 将操作员的控制经验加以总结得到的一条条模糊条件语言的集合。（１）选择描述输入、输出变量的词集：模糊语言的词集一般采用七个词汇，即 ｛负大，负中，负小，零，正小，正中，正大｝， 英文简称为｛ ＮＢ，ＮＭ，ＮＳ，ＺＯ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＢ） ｏ其中，Ｎ＝Ｎｅｇａｔｉｖｅ， Ｐ－－Ｐｏｓｉｔｉｏｎ， Ｂ＝Ｂｉｇ， Ｍ＝Ｍｅｄｉｕｍ， Ｓ＝Ｓｍａｌｌ， ＺＯ＝Ｚｅｒｏ每个模糊语言名称对应相应语言变量的一个模糊子集。通常，适当的增加各模糊 变量的模糊子集论域中的元素个数，如一般论域中的元素个数的选择均不低于１３个，而模糊子集总数通常选７个，当论域中元素总数为模糊子集总数二至三倍时，从而确保模糊子集对论域的覆盖程度较好，避免出现失控现象。（２）定义模糊子集的隶属度函数；语言变量论域上模糊子集由隶属度函数来描述， 正确构造隶属度函数是能否用好模糊控制的关键之一。确定语言变量的模糊子集的隶属函数Ｒ （ｘ）时应遵循的规则ｔ＂Ｉ．①隶属函数必须满足凸模糊集要求。设实数域论域Ｒ上的模糊子集Ａ，其隶属 函数ＷＡ （ｘ），若对任意两实数ｘｌ，ｘ２，当ｘｌ＜ｘ＜ｘ２时，均有：ｐＡ （ｘ） １＞｝ＩｐＡ （ｘ１） ，１１Ａ （ｘ２） Ｉ，则称Ａ为凸模糊集．②在选择模糊变量的模糊集的隶属函数时，在偏差较大的区域采用低分辨率的模 基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究第二章控制算法的研究糊集，在偏差较小或接近于零的区域采用高分辨率的模糊集。③相间隔两模糊子集的隶属函数应尽量不相交，以使论域中的同一点至多不超过 两个隶属函数的覆盖，否则有可能出现相关模糊子集在概念上的自相矛盾情况。（３）有了前面步骤的工作，结合操作经验或数据，我们就可以将输入量和控制量 的模糊数安排到由一系列的“ＩＦ－ＴＨＥＮ＇腔制规则组成的集合中，利用这些规则信息，采用极大极小值合成法１６１ｆ１［ａｌ，我们就可以合成得到控带味。对于模糊控制规则Ｒ， ，其条件部分用ａｎｄ算子连接的两个子条件组成，其总条件的满足度由子条件隶属函数的最小值算出：ｐＥ ，ｎＥＣｉ （ｅ， ｅｃ） ＝ ｎｕｎ（ｐＥ （ｅ）， ｕＥＣ： （ｅｃ）） （２－９）令ｅ＝｛ ｅｅＺ，．．．ｅｋ，｝ ｅｃ＝｛ｅｃｅｃ２，．．．，｝，｝｝ ｕ＝｛ｕｕ２，．．．ｕｋ｝ｆｋ， （ｅ， ｅｃ）＝ｍｉｎ （ＰＥＩ （ｅ），＃，， （ｅｃ））ｍｉｎ Ｉ （ＥＰ［（ｅｌ ），ＰＥＩ （＂０， ．．．，ＰＥＩ （ｅｋｌ）］Ｔ ｘ［ｐＥｃｌ（ｅｅｌ），＃ＥＣＩＷ２），．．．１Ｐ．Ｉ（ｅＣｋＡ）ｍｉｎ （ＰＥＩ （ｅ， ）， ｐＥＣｌ （ｅｅｌ）），ｍｉｎ （ｐＥｌ （ｅ， ）， ＡＥＣＩ （ｅｃ２ ）），．．．， ｍｉｎ （ＰＥＩ （ｅｌ ）， ＰＥＣＩ （ｅｃｋ２ ））ｍｉｎ （ＬｋＥｌ （ｅ２ ）＋ＰＥＣＩ （ｅｃｌ ）｝，ｍ ｉｎ （ＰＥＩ （ｅ２）， ｐｅｅｌ （ｅｃ２）｝，．．．， ｍ ｉｎ （ｐ．， （ｅ２ ）， ｐＥＣＩ （ｅｃｋ２ ））ｒ胜．．．．．口．．．Ｌ这是ｋ１ｘｋ２的二维矩阵。将上述矩阵改写为一维矢量，即按矩阵中的第一行按列的次序写下后，在将以后的各行元素一次写下，得到一维矢量（ｋｌｘｋ２） ｘｌ：ｒ．．．．．．．．１．１．‘．．产，（ｅ，ｅｃ）在模糊逻辑中，ｉｆ－ｔｈｅｎ关系可以用条件和结论的叉积表示，叉积的隶属函数是条件和结论隶属函数的最小值。因此，规则Ｒ１可表达为：凡＝（各Ｔ ｘ ＥＣ， ）Ｔ ｘ认ｐＥ （ｅ， ｅｃ， ｕ） ＝ ｍｉｎ｛ｍｉｎ｛／ｋＥｌ （ｅ）， ｆｋＥＣｉ （ｅｃ）｝， ｆＥＵＩ （ｕ）｝ －￣ｍｉｎ （ＮＥＩ （ｅｋ， ）， ｐＥｃｌ （ｅｅｌ）｝， ｍ ｉｎ （ｐＥ， （ｅｋｌ ）， ｐＥｃｌ （ｅｃ２）｝，．．．， ｍ ｉｎ （ＰＥＩ （ｅｋｌ ）， ｕＥｃｌ （ｅｃｋ２ ））（２－１０） ｍｉｎ （ＰＥＩ （ｅｌ ）， ｐＥｃｌ （ｅｅｌ））ｍ ｉｎ Ｉ ＃Ｅ Ｉ （ｅｌ ）， ｐＥｃＩ （ｅｃｋ２ ））（２－１１） ＝Ｉｎ ｉｎ（ＰＥＩ（ｅ２），ｐＥｃＩ（ｅｃｋ：））ｍｉｎ （ＰＥＩ （ｅｋｌ ）， ＮｓｃＩ（ｅｃｋ２）｝＿（２－１２）基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏ．的工业温度控制器的研究ｒ．．胜１．．．．．．．．．ｅｓ．第二章控制算法的研究ｍｉｎｔ ｍｉｎ（ｕ．，（ｅ，），ｐ．（ｅｃ，）｝，ｌｋｕ，（ｕ）｝，．．．，ｍｉｎ｛ｍｉｎ｛ｐＥ，（ｅ，）， ｕＥｃ，（ｅｃ，）｝，９ｕ，（ｕｋ，））ｍｉｎ｛ｍｉｎ｛ａＥｄｅ，），ｐＥＣ，（ｅｃｔｚ）），ｐｕ，（ｕ）｝，－－．，ｍｉｎ（ｍｉｎ｛ｐＥ，（ｅＪ，Ｉ｝ＥＣ，（ｅｃｔ，）），ｐｕ，（ｕ，，））ｍｉｎ ｛ｍｉｎ｛ｐ．（ｅｚ），ｐ．Ｃ，（ｅｃ，，）），ｐｕ，（ｕ）），二，ｍｉｎ｛ｍｉｎ ｛ｐ．， （ｅｚ ）， ｐ． （ｅｃｔ２ ））， ｐ， （ｕｋ， ）｝ｍｉｎ ｛ｍｉｎ｛／ｋ Ｅ， （ｅｋ， ）． ｐＥｃ， （ｅｃｋ３）｝， ／＇ｕ， （ｕ）），．．．， ｍｉｎ （ｍｉｎ ｛Ｒｅ， （ｅｋ， ）， ｐＥｃ， （ｅｃｋ２ ））． ／Ｕｕ， （ｕｋ， ）｝（２－１３）ｐ．，（ｅ，ｅｃ．ｕ）同理可计算出：ｐ，， （ｅ， ｅｃ， ｕ） ＝ ｊｎｉｎ｛＇ｎ｛ＭＰＥ， （ｅ）， ｆ｝ＥＣ， （ｅｃ））， Ａ ， （ｕ））利用最大计算可得这些由ｏｒ算子连接起来的ｉ个控制规则：Ｒ＝凡ｖ凡ｖ．．．ｖ风ｐ． （ｅ， －， ｕ） ＝ ｍａｘ（１ｊ．， （ｅ，ｅｃ， ｕ）， ＵＥ２ （ｅ， ｅｅ， ｕ），．．．， ｐａ， （ｅ，ｅｃ， ｕ））对于给定的输入量（ｅ，ｅｃ），其模糊输出为：Ｕ＝（ｅｘｅｃ）ｏＲｆｌｕ （ｕ） ＝ ｍａｘ｛ｍｉｎ｛ｍｉｎ（１ｊｓ， （ｅ）， ｐ．（ｅｃ））， ｐ， （ｅ， ｅｅ， ｕ）｝ ）４，输出量的去模糊化（Ｄｅｆ ｉｍ７．ｉｉｆｃａｔｉｏｎ）；通过模糊推理得到的结果是一个模糊集合，但在实际系统中，必须要有一个确定的值才能去控制或驱动执行机构。在推理得到的模糊集合中取一个能最佳代表这个模糊推理结果可能性的精确值的过程称为去模糊化或者模糊判决。常用的方法川有最大隶属度法、中位数判决法与重心法。本文在此仅介绍使用的重心法。加权平均判决法（重心法）该方法的关键在于权系数的选择。一般讲，权系数 决定与系统的响应特性有关，因此可根据系统的设计要求或经验来选择适当的加权系数。为简单起见，通常选取隶属函数作为加权系数，于是表述为：ｕ＇由于它类似于重心的计算，也称重心法，是模糊控制系统中应用较广的一种清晰 化方法。本文采用的即是这种方法。 －－（２－１４）（２－１５）（２－１６）Ｙ ｕｕ （ｕ，）－，Ｉ Ｎｕ （ｕ）（２－１７）基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究第二章控制算法的研究每次采用经模糊控制算法给出的控制量，还不能直接控制对象，还必须将其转换 为控制对象所能接受的基本论域中去。输出量的比例因子由下式决定，即：Ｋｕ＝风阿 （２－１８）注意：｛ Ｘｕｌ，Ｘｕ２｝为控制量的论域，｛Ｘｕｌ＇，Ｘｕｚ＇｝为控制量的实际变化范围，则有：Ｋｕ ＝ Ｘ．２＇－Ｘ．１Ｘ． ２－Ｘ．１（２－１９）＿＿＿＿＿＿＿＿．Ｘ＿ Ｘ、＇＋Ｘ＿＿ ．’＿＿＿Ｕ‘刀叨Ｔ［ Ｋｕ＂Ｘｕ＇十竺ａ２二之ｕ‘士０．５１２ 由于控制量的基本论域为一连续的实数域，所以，从控制量的模糊集论域到基本 论域的变换，可以利用下式计算，即（式中ｍ；为控制量模糊集论域中的任一元素或为控制量的模糊集所判决得到的确 Ｙｕ１ ＝Ｋｕ ＂ ｍ； （２－２０）切控制量，Ｙｕｌ为控制量基本论域中的一个精确量，Ｋｕ为比例因子１１２１）．输出量比例因子Ｋｕ反映了对控制器输出的幅度上的调整，Ｋｕ过大则增加控制 信号的幅度，使响应时间缩短，但是却容易导致振荡：Ｋｕ过小，则响应速度慢，系统动态响应时间长。２．３小结本章讨论了Ｐｉ Ｄ控制的原理，在分析ＰＩＤ局限性的基础上提出了模糊控制的思想，模糊控制最大的优点就是无需建立被控对象的精确数学模型，只要求掌握现场操作人员或有关专家的经验、知识或操作数据，建立一定的模糊语言规则。最后，介绍了模糊控制的具体设计过程与步骤，包括模糊控制的结构、隶属函数、模糊子集、模糊规则等的设计概要，为下一章本文模糊控制器的规则设计奠定理论的基础。基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究第三章本文模糊控制器的规则设计第三章本文模糊控制器的规则设计本文构建二维模糊控制的输入为采样得到的温度偏差ｅ与温度偏差变化ｅｃ，输出 控制量ｕ， Ｔ为采样周期，ｘ， ｙ为被控对象的设定温度和采样实际温度，则ｅ（ ｎ下＝ ｘ（ｎ刀－ ｙ（ｎＴ刀，ｅｃ（ｎ刀－－（ｎＴ）－ｅ（ｎＴ Ｔ）（１）由２． ２．２节中描述模糊子集设定的要求，规定ｅ， ｃｃ， ｕ的模糊语言变量分别为Ｅ． ＥＣ， Ｕ，其分别具有一定的变化范围，将其变化范围分别定义为Ｆｕｚｚｙ集上的论域。则论域分别定义为１４， １３和１５个等级：Ｅ＝（ －６，－５，４，－３，一，－１，－０，＋０，１，２，３，４，５，６）； ＥＣ＝｛－６， ５，－４， ３， ２， １，０，１，２，３，４，５，６｝；Ｕ＝（ ０，１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１２，１４）Ｅ， ＥＣ， Ｕ语言描述模糊子集分别为：Ｅ＝诬 ＮＢ，ＮＭ入Ｓ，ＮＯ，ＰＯ，ＰＳ，ＰＭ尸Ｂ）； ＥＣ＝（ＮＢ，ＮＭ加Ｓ，ＺＯ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＢ）；Ｕ＝（ ＮＢ，ＮＭ，ＮＳ，ＺＯ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＢ）根据以上的设定，模糊控制物理量间的转换如图３－１所示：，ＰＭ，ＰＢ）｛ＮＢ，ＮＭ，ＮＳＥ，ＮＯ，ＰＯ，ＰＳ闷－基本论域离散论域糊论域 图３－１模糊控制中物理量间的转换Ｆｉｇ．３－１ Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｃｈａｎｇｅ ｉｎ Ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｏｒｌ（２）设加热装置的控制精度为ｆｌ０Ｃ，温控器温度偏差的论域设定为卜２１Ｃ， ２１Ｃ］，量化到模糊论域［－６， ＋６］中，则偏差量化因子为Ｋｅ＝６／２＝３ ０由于温度的升温速率不快，设定温度偏差变化的论域为卜０．５－Ｃ， ０．５１Ｃ］，温度偏差率的模糊论域为卜６，网，则偏差变化量化因子Ｋｅｃ＝６／０．５＝１２０基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究第三章本文模糊控制器的规则设计Ｄ／ Ａ转换ＭＡＸ５３１（详见４．２．６）的输入是１２位的数字量，但在设计中，采用８位的方式来进行处理，所以它的范围是０－ＦＦＨ，即０－２５５，这就是输出量的论域。（３）模糊集合论域确定后，须对模糊语言变量定义隶属函数。对于各语言值的隶 属度有多种表示方法，由于系统的控制品质对于输入输出模糊量隶属函数的形状并不敏感，而主要取决于隶属函数的个数和每个隶属函数所覆盖的论域范围。本系统采用三角型隶属函数，并在论域区间两个端点处，为了实现隶属函数曲线 的平滑，分别采用Ｓ型和Ｚ型的隶属函数。如图３－２， ３－３， ３－４所示。层嗯“乞渔留黔）粼｝黔全募蓦瓤 图３一Ｅ的隶属函数曲线Ｆｉｇ．３－２ Ｔｈｅ ｓｕｂｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｅ黔聪么熟￣补￣瞿 ．鳄巍 ｝＇州沪 ｗｉ／＼了了资了，１产一份，“、、／Ｉ｝＼八的隶属度，根据模糊集合的Ｚａｄｅｈ表示法川，则如：ＰＭＥ＝０． ３／２＋０．７／３＋１．０／４＋０．７／５＋０．３／６温度偏差Ｅ、偏差变化ＥＣ及控制量Ｕ的隶属函数赋值表见表３－１， ３－２， ３－３．必弓月与．协含卫名．‘勺．护０魏助公。．‘名｝穿魏｝兹犷了馨２ ａ，鬓图３－ ３ ＥＣ的隶属函数曲线Ｆｉｇ．３－３ Ｔｈｅ ｓｕｂｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ＥＣａｏ Ｌ｝ ｀ ｚ ｔ 蒙 ｝ ｓ Ｖｅ １ ｉｏ ％ ｉｓ 图３一Ｕ的隶属函数曲线Ｆｉｇ．３－４ Ｔｈｅ ｓｕｂｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｕ确定了隶属函数，即所谓对模糊变量赋值，就是确定论域内元素对模糊语言变量 基于Ｆｕｚｙｚ－ｃｏｎｔｒｏ．的工业温度控制器的研究第三章本文模糊控制器的规则设计 表３－１温度偏差Ｅ赋值表＇Ｆａｂ．３－１ Ｅ ｅｖａｌｕａｔｉｖｅ ｔａｂｌｅ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｅｒｏｒｒＥＰＢＰＭＰＳＰＯＮＯＮＳＮＭＮＢ－６００００００一５００００００－４－３００００００．７０．７－２００－１００刁００＋０００１２００．３３００．７０．７０００４０．２５０．８０．７００６１．００．３０００００００．３１．０００１．００．３０００１．００．３００００．５０．５０００１．００１．０００．５０．５００００１．０００００００００００００００００００００００００７０．３０．１．００．８０００．２０。｝｝。表３－ ２温度偏差变化ＥＣ的赋值表Ｔａｂ．３－２ ＥＣ ｅｖａｌｕａｔｉｖｅ ｔａｂｌｅ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｅｒｒｏｒ ｖａｒｉａｂｌｅＥＣＰＢＰＭ－６０一５０礴０００００．３１．００．２－３０００００．７０．７０－２００００１．０－１００００．５０．ｓ００００００１．００００１０００．５０．５０００２０３０４０．２５０．ｓ６１．００．３００００００００００００．３１．０００．７０．７００１．００．３０００００．７０００００ＰＳＺＯＮＳＮＭＮＢ００００．３０．７１．００．８０３０。｝｝０００表３一 ３输出控伟９Ｍ Ｕ的斌值表Ｔａｂ．３－３ Ｕ ｅｖａｌｕａｔｉｖｅ ｔａｂｌｅ ｏｆ ｏｕｔｐｕｔ ｃｏｎｔｏｌ ｒｖａｒｉａｂｌｅＵＰＢＰＭ００００００１０００００２０００３０００００．３１．０４０５０６０７０００１．０００８０００．５０．５０９００．３１．０００１００１１０．１１．０１２１３０．８０．３１４１．０００．５０．７００００．７０．７００００１．００．３００００．５０．５０００．７０．７０００ＰＳＺＯＮＳＮＭＮＢ０．３００００００００００００００００７０．３０．００００００００００１．００．８０．５０．１００（４）根据温度控制曲线响应图３－ ５，利用偏差和偏差的变化趋势调节过程如下：过程１：当ｅ （ｔ卜０时，即实际值与设定值之间存在偏差，实际温度值小于设定温度值。而且如果偏差有增大的趋势，即ｅｃ（ｔ）＞０，此时说明加热量远远不够，同时温度上升的速度越来越慢，这种情况下应使控制量增加较快。基于Ｆｕｚｙｚ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究第三章本文模糊控制器的规则设计过程２：温度上升到一定程度后仍然没有达到设定值，此时温度仍需上升，但是 由于温度对象的滞后性与热惯性，因此这阶段要缓和加热的程度，要避免因温度的滞后而产生过大的超调。此时偏差ｅ（ｔ｝＞０，大小程度减小即ｅｃ（ｔ）＜０，应取较小的控制量．过程３： 如果实际温度值超过了给定值，使得偏差ｅ（ｔ）＜０时，而且偏差变化ｅｃ（ｔ卜０，说明偏差有增大的趋势，表明温度已不符合要求，而且温度有越来越大的趋势，此时要立即抑制温度的上升，大幅度减少加热量甚至停止加热。过程４：当实际温度值超过了给定值即ｅ （ｔ）＜０，但是偏差越来越小，没有失去控制的现象即ｅｃ（ｔ）＜０。说明系统仍处于稳定可调状态，没有失控。温度目标温度粼时间ｔ 图３－５温度控制阶跃响应曲线图Ｆｉ ｇ．３－５ Ｓｔｅｐ ｒｅｓｐｏｎｄａｎｃｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ根据以上的过程分析，依次类推最终可确定出整个过程的所有控制规则，形成模 糊控制规则表，如表３－４所示。 表３－４模糊控制规则表Ｔａｂ． ３－４ Ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｒｕｌｅ ｔａｂｌｅ奋ＥＥｌＮＢＮＭＮＳＮＢＰＢＰＢＰＭＰＢＮＭＰＢＰＢＰＭＰＭＮＳＰＢＰＢＰＭＰＳＺＯＰＢＰＭＰＳＺＯＺＯＰＳＰＭＰＢＺＯＺＯＮＳＮＢＮＢＮＭＮＢＰＭ｝ＺＯＰＭＺＯＮＳＮＳＮＭＮＢＮＢＺＯＮＳＮＭＮＭＮＭＮＯＰＯＰＳＰＭＰＢ！ＰＭＰＢ｝ＰＳＺＯＺＯＰＳＺＯＺＯＰＳＺＯＮＭＮＭＮＳＮＭＮＢＮＢＮＢ｝ＮＢ（５）根据采样得到的偏差ｅ； ，对其进行量化处理成为［－６，６Ｊ中的一个元素Ｅ；，同理偏差变化ｅｃｊ得到论域［－６，６Ｊ中的元素ＥＣＭ．根据系统的控制规则（表３－４）决定模糊关系Ｒ，应用推理合成规则计算出在Ｅ；和ＥＣ；不同情况时反映控制量变化的模糊集合基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究第三章本文模糊控制器的规则设计ＵＩｙ（式２－９－２－１６）．然后采用重心法（ｃｅｎｔｒｏｉｄ）（式２－１７）对其进行模糊判决，由控制量Ｕ的论域［０，１４］可获得控制量的精确值ｕｉｉ（表３－５）。而输出控制量的基本论域为０－－ＦＦＨ，采用十六进制表示，最终可获得单片机存储所需的模糊控制查询表（３－６）０表３－ ５控制量输出ｕＴａｂ．３－５ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｒｉａｂｌｅ ｏｆ ｏｕｔｐｕｔ ｕ－６，５１２名１２名１２名４１２１１名１２－３－２１１．２１１．２Ｉｌ之１１．２Ｉｌ２－１刁１２１１．６＋０１２１１石１０．７Ｉ１０名１０．８９．７３２３８．３６８．３６４７．９９，７７６７７５．１８ＥＣ－６一５４．３＿２１２夕１２名１１．５１１．５１１．５１１．５１１．４Ｉ１滩８．７８．６９６．７６８．０３６．２５．５７５．２４．１９１２．９１２７１２．９１０．７１０．４１０．４１０．７１０．４１０６．６５６．仍５．５７４．６２３．６５３．２２５．１２４．５８１２．７１２名１１．４１１名１２１０．４１０８．３８７９．３８９．１６７５．６２４．６２３．６２６石５６．２４．８４４３．４１２．８４４．５８４．仍１１．５１０名１０滩９．３８今ｏｏ＿１０１２１１．６１２１１．４９．９５９．４２８．８２７７１１１０．７９．８１９．８８．８３７．８５．９７１０石１０９．１６７．８９．３８８．３８７８．３８７２．６１２．６１２．４１２．６１１．２１．２５１２２．０３２．４４１１．６１１４９．９１３．２７３．０５５．６２４３．６５３．２７５．６２４３．６５３．２７２．４１２．０３８．４３７．９５７．３５５．６４５．６４４．８４４．６２２．５２．５２．５２．５２．０３２．２５２．０３２．１５２．０３１．１３１．２５３４５６９．４２８．８７７７．３５７．２４５．３１５Ｊ３．６２３．３４２．６１２．６１２．８２２．８４２．８３２．８４４．２７３．２２４．３５１．１３１．２２．４１２．０３１２１２‘刀１２．５１．１３表３－ ６模糊控制查询表Ｔａｂ．３－６ Ｉｎｑｕｉｙ ｒｔａｂｌｅ ｏｆ Ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｏｌｒ－６－５ＥＡＥＡ４ＤＢ－３Ｄ２Ｄ２Ｄ２－２ＣＣＣＣＣＣＣＣＣＣＣｌ－１－０ＤＢＤ４Ｃ３ＢＥ＋０１Ｃ５２９Ｆ９Ｆ７Ｂ７９７１５８３９８９８７９６Ｅ４９２９２７１６５５８０８０５Ｄ５３６８０８０５ＥＥＣ－６・５４ＥＢ１洲）ＤＯＣ３ＢＥＢＥＡＢ９９ＤＢＤ４Ｃ３ＢＥ日６ＥＡＥＢＥ８ＥＢＤ７ＤＢＤ７ＤＢＣ５ＢＩ冉ＢＡ７ＥＡＥ８ＥＡ・３＿２＿１０１２Ｄ２Ｄ２Ｃ５ＢＥ冉Ｂ９Ａ５３４Ａ２ＦＢ６９９８０６５５４４２３Ａ２Ｄ５Ｆ４Ｃ４Ａ２ＦＤ４ＤＢＤＯＤ４ｆ阅Ｃ９Ｃ３Ｂ３ＡＯ人Ｉ９９８０６６Ｓｏ６６５４４２Ｂ６Ａ７８Ｅ４９３Ｅ３３３３３３３３３３３Ｂ３７２５２Ｃ２Ｆ２５２Ｃ１４ｌ５ＤＯＢ５ＡＣＡ１８０ｓｏ８０５８６６４９４２３Ｂ２Ｃ２５Ｂ５ＡＣ冉２４９４２１５１５３４５６９１８６８６８４５４４Ｅ３Ａ４２３Ｄ２Ｆ２Ｆ２Ｄ２Ｄ２９２５９Ｅ６Ｄ３Ｂ２Ｃ２５１５１５１５１４１５１４８０８０６７６０６０２Ｄ２Ｄ２７２５６Ｄ｝｝６７４Ｆ１７基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｏｒｌ的工业温度控制器的研究第四章模糊控制器的硬件实现第四章模糊控制器的硬件实现４．１控制系统整体电路结构基于Ｆｕｚ ｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ温度控制器１１４１的硬件结构主要由微控制器模块、传感器模块、温度信号调理模块、显示模块、电源模块等组成，结构如图４一所示，硬件实物如图４－３所示。被测温度经过Ｆｕｚｚｙ控制器运算，结果输出经Ｄ／Ａ转换得０－５Ｖ或４－２０ｍＡ驱动可控硅触发，功率调节装置对温度进行有效控制，测温整体回路如图４－１所示。 图４－１测温回路整体结构图Ｆｉｇ．４－１ Ｗｈｏｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ 图４一硬件结构电路原理Ｆｉｇ．４－２ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ Ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔ基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究第四章模糊控制器的硬件实现４．２．２温度传感器本系统采用Ｋ型镍铬一 镍硅热电偶。这种热电偶的价格低廉，灵敏度高，复现性较好，热电动势线性好，１０００℃以下抗氧化性能良好，是非金属热电偶中性能最稳定的一种。广泛应用于０－－１３００℃的温度测量，因此在测量温度时选用它。１、热电偶的工作原理热电偶的测温基本工作原理是“热电动势效应”。将两种不同材料的金属导体或半 导体Ａ和Ｂ焊接起来，构成闭合回路。因为两种不同金属的自由电子密度不同，当两种金属接触时在两种金属的交界处，就会因电子密度不同而产生电子扩散，扩散结果在两金属接触面两侧形成静电场即接触电势差。这种接触电势差仅与两金属的材料和接触点的温度（Ｔｏ ，Ｔｊ）有关，温度愈高，金属中自由电子就越活越，致使接触处所产生的电场强度增加，接触面电动势也相应增高，这种现象称为热电效应［３７１。热电势常用符号Ｅ，Ｂ （Ｔｏ，Ｔ，）表示。２， Ｋ型热电偶的输出电压与测量温度的关系（１）国际上实用温标Ｉ ＰＴＳ－６８规定热电偶的温度测量值为摄氏温度ｆＣ，参比端温度定为ＯＣ。工程上所使用的各种类型的热电偶均把ＥＡＳ （ｔ，０）和ｔ的关系制成易于查找的表格形式，这种表格成为热电偶的分度表１３７１。在冷端温度为０℃的条件下，根据分度表只要测出热电偶所产生的热电势，即可查表４１求出测量端的温度。表４－１镍铬一镍硅热电偶（Ｋ型）分度表Ｔａｂ．４－１ Ｔｈｅ Ｎｉ－Ｇｅ ａｎｄ Ｎｉ－Ｓｉ ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ （Ｋ） ｄｉｓｐｏｒｔｔ ａｂｌｅｔ，℃Ｅ，ｍＶ｝－２００－５．８９１６００２４．９０５－１００一５５４７００２９．１２９刁＋０１００４．０９６１０００２００８．１３８３００４００１６．３９７５００２０．６４４０．０００｝｝０．０００８００９００３７．３２６１２．２０９１２００４８．８３８，℃ｔＥ，ｍＶ１１００４５．１１９１３００５２．４１０３３．２７５４１．２７６（２）对于Ｋ型热电偶，电压变化率为４１ １Ｖ／ Ｃ，电压可由线性公式来近似得出。Ｖｏｕｔ＝ （４１ｔＶ／Ｃ） ｘ （ｔＲ－ｔＡＭＢ）其中，Ｖｏｕｔ为热电偶输出电压；ｔ Ｒ是测量点温度；ｔＡＭＢ是周围温度。３、热电偶应用在单片机系统时存在的问题（４－１）热电偶作为主要的测温组件，具有结构简单，使用方便，测温范围宽，测量精度基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｏｒｌ的工业温度控制器的研究第四章模糊控制器的硬件实现高等特点。但是将热电偶应用在单片机系统时，却存在以下几方面的问题：（１）非线性：热电偶输出电动势与温度之间的关系为非线性关系； （２）冷端补偿：热电偶输出的电动势为冷端保持在０℃时与测量端的电势差值， 而在实际应用中冷端的温度是随着温度环境变化而变化的，故需冷端补偿；（３）数字化输出：与单片机系统接口必然要采用数字化输出及数字化接口，而作 为模拟小信号测温组件的热电偶显然无法直接满足这个要求。因此，若将热电偶应用于单片机系统，须进行复杂的信号放大、Ａ／ Ｄ转换、查表线性化、冷端温度补偿及数字化输出接口等软硬件设计。４．２．３热电偶模数变换器ｉｕＩ ６６７５Ｍａｘｉ ｍ公司生产的Ｋ型热电偶专用芯片ＭＡＸ６６７５ ［２２］１２４１［２４１，是一个集成了模拟信号放大器、冷端补偿信号产生电路、非线性校正电路、断线检测电路、ＡＭ转换器及ＳＰＩ串行数字控制控制电路的热电偶信号放大器与数字转换器。其温度分辨能力达０．２５０Ｃ，可靠性高，可以满足绝大多数工业应用场合。１， ＭＡＸ６６７５的内部结构及工作原理内部结构如图４－ ４所示。Ｔ＋和Ｔ －输入端连接到低噪声放大器Ａｌ，以保证检测输入的高精度，同时使热电偶连接导线与干扰源隔离。热电偶输出的热电势经低噪声放大器Ａ１放大，再经过Ａ２电压跟随器缓冲后，被送至ＡＤＣ的输入端。在将温度电压值转换为相等的温度值之前，它需要对热电偶的冷端温度进行补偿（冷端温度即是ＭＡＸ６６７５周围温度与０℃实际参考值之间的差值）。毛二愁滋各卜ｒ，－立王柔扫飞－李图４－ ４ ＭＡＸ６６７５内部结构Ｆｉｇ．４－４ ＭＡＸ６６７５ ｉｎｓｉｄｅ ｓｒｔｕｃｔｕｒｅ ｄｉａｇｒａｍ基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究第四章模糊控制器的硬件实现ＭＡＸ６６７５与单片机通过３线串口进行通信，当ＭＡＸ６６７５的ＣＳ引脚从高电平 变为低电平时，ＭＡＸ６６７５将停止任何信号的转换，同时在ＳＣＫ时钟输入脉冲的作用下，向外输出己转换的数据，即在引脚ＳＯ依次输出Ｄ１５－ＤＯ，完整的数据输出过程共需１６个ＳＣＫ时钟周期，数据的读取约定在ＳＣＫ的下降沿进行。ＭＡＸ６６７ ５的输出数据为１６位，输出时高位在前。Ｄ１５为无用位；Ｄ２用于检测热电偶是否断线（Ｄ２为１表明热电偶断线）；Ｄ１为ＭＡＸ６６７５标识符；ＤＯ为三态。Ｄ１４＾－Ｄ３表示１２位转换值，转换值的变化范围是０＾４０９５，对应表示实际温度为ＯＣ１０２３．７５ Ｃ。由于ＭＡＸ６６７５内部经过了激光修正，因此，其转换结果与对应温度值具有较好的线性关系。温度值与数字量的对应关系为：温度值＝１ ０２３．７５ｘ转换后的数字量／４０９５＝转换后的数字量／４ａ （４－２）２， ＭＡＸ６６７５与单片机的接口电路ＭＡＸ６６７５通过三根引线ＳＯ， ＣＳ， ＳＣＫ分别与单片机ＡＴ８９Ｓ５１的Ｐ１．６， Ｐ２．３， Ｐ１．７相连接，另外，由于ＭＡＸ６６７５的测量精度对电源祸合噪声较敏感，为降低电源噪声影响，在ＭＡＸ６６７５的电源引脚附近接入一只Ｏ．ＩｕＦ陶瓷旁路电容。在印刷图４－ ５ ＭＡＸ６６７５的接口电路电路板的设计中，采用大面积接地技术来降低芯片Ｆｉｇ．４－５ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ＭＡＸ６６７５自热引起的测量偏差，提高温度测量精度。硬件接口电路图如图４－５所示。３、注意事项：（１）ＭＡＸ６６７５仅有８脚ＳＯ封装（长６． ２ｍｍ，宽５ｍｍ．高１．７５ｍｍ）ｏ（ ２）利用输出数据中的Ｄ２进行断偶检测时，热电偶的输入负极Ｔ必须接地，且应尽可能地靠近ＭＡＸ６６７５的引脚地（（ＰＩＮｌ）ｅ（ ３） ＭＡＸ６６７５完成温度的放大、滤波、Ａ／Ｄ转换以及ＳＰＩ输出等过程序要一个最小转换时间，约需要０．１７＾０．２２秒，一般应使系统的采样周期大于２５０毫秒。（ ４） ＭＡＸ６６７５是通过冷端补偿来校正周围温度变化的。将周围温度通过内部的温度检测二极管转换为温度补偿电压，并将二极管电压和热电偶电压送到ＡＤＣ中转换，以计算热电偶的热端温度。当热电偶的冷端与芯片温度相等时，ＭＡＸ６６７５可获得最佳的测量精度。因此在实际测温应用时，应尽量避免在ＭＡＸ６６７５附近防止发热器件基于Ｆｕｚｚｙ， ｃｏｎｔｏｒｌ的工业温度控制器的研究第四章模糊控制器的硬件实现或元件，例如７８０５等带散热片的稳压器件。４．２．４ ＬＥＤ显示驱动ＭＡＸ７２１９ＬＥＤ显示由Ｍａ ｘｉｍ公司ＭＡＸ７２１９１２＇１１ｚｓ１１ｚ”来驱动实现。ＭＡＸ７２１９是单片机和共阴极七段一八位ＬＥＤ显示或６４点阵显示接口的串行输入／输出芯片，它适用于各种智能化数字仪表。片内包含ＢＣＤ码／二进制（ＢＩＮ）的译码器，５个控制寄存器，多路扫描电路，段、位驱动器，用于存储数据的８＇８位静态存储器。１． ＭＡＸ７２１９的硬件连接电路ＭＡＸ７２１ ９与单片机之间的数据传送最快和最有效的方法是串行外设接口ＳＰＩ，对不带ＳＰＩ接口能力的单片机，需要软件合成ＳＰＩ操作与ＭＡＸ７２１９接口。硬件连接如图４－６所示。其中Ｐ１．５作串行数据输出，连接到ＭＡＸ７２１９的ＤＩＮ引脚，Ｐ１．７和Ｐ１．５分别连接时钟脉冲ＣＬＫ和数据加载ＬＯＡＤ信号。ＳＥＧＡ－ＳＥＧＦ是７段驱动输出端，与ＬＥＤ对应的７个段ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ连接：ＳＥＧＤＰ为小数点即驱动输出端．ＤＩＧ３－ＤＩＧ０分别接４个ＬＥＤ显示器的共阴极，以实现位选。显示数据串行输入ＭＡＸ７２１９，移位存入数据寄存器，片内多路扫描电路顺序扫描，分别选通各字，被选通字的引脚置为低电平，ＬＥＤ发光显示数字，未选通的字引脚保持高电平。 图４－６ ＭＡＸ７２１９与ＡＴ８９Ｓ５１的接口电路Ｆｉ ｇ．４－６ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ＭＡＸ７２１９ ａｎｄ ＡＴ８９Ｓ５１ＭＡＸ７ ２１９允许一个外部电阻控制显示亮度，外部电阻接于电源输入ｖ＋和段电流Ｉｓｅｔ端。源于段驱动器的峰电流，以电流的１００倍进入】Ｓｅｔ。一般段电流为３７ｍＡ，允许最大段电流为４０ｍＡ，由于ＬＥＤ有２．５Ｖ的电压降，则调节亮度电阻的电压降为基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏ，的工业温度控制器的研究第四章模糊控制册的硬件实现Ｖ＋ －ＶＬＥｐ＝２．５Ｖ（设Ｖ＋＝５Ｖ ）， ７段码全部点亮的总电流为７ｘ３７ｍＡ＝２５９ｍＡ，外部调节亮度电阻Ｒｓｅｔ最小值是２．５Ｖ／２５９ｍＡ＝９．５３ＫＳＺｅ２、电路抗干扰措施（１）在ＭＡＸ７２１ ９的电源（Ｖ＋）与地（ＧＮＤ）间并接一个０．１口去祸电容和一个ＩＯｐＦ／１６Ｖ电解电容，以有效提高其工作可靠性。（２）在强干扰环境下，干扰源可能通过供电电源或３根信号线串入显示电路而造 成显示器的不稳定，从而出现笔段跳跃、显示不全、甚至全暗或全亮的现象。为此，可通过在３根信号线上对地接入一个１０００ｐＦ的瓷片电容来有效地滤除因空间干扰而引起的尖脉冲。４．２．５外部ＥＺＰＲＯＭ接口电路本控制单元在整个控制过程中，需要使用很多参数值（如给定的温度值、模糊控 制查询表、被控对象的温度测量值等），这些参数往往都是需要系统掉电后能够保持不变，等到系统上电后可继续使用以前的参数，又由于单片机ＡＴ８９Ｓ５１内部不包含Ｅ２ ＰＲＯＭ，因此必须外接。ＡＴ２４Ｃ５） ２１２ｓ１１２ｅ；是Ａｔｍｅｌ公司新近推出的具有Ｉ２Ｃ总线容量达５１２Ｋｂｉｔ （６４ＫＸ８）的护ＰＲＯＭ，该芯片的主要特性如下：存储容量达６５５３６ｂｙｔｅ； １０００００次编彻擦写周期；单电源、读写电压为１．８Ｖ－５．５Ｖ； ＥＳＤ保护电压＞４ＫＶ；数据可保存４０年；写保护功能，当ＷＰ为高电平时，进入写保护状态；ＣＭＯＳ低功耗技术，最大写入电流为３ｍＡ；自动定时的写周期。ＡＴ２４Ｃ５１２采用２线制接口方式，对ＡＴ２４Ｃ５１２的读写，是通过时钟线ＳＣＬ和数据线ＳＤＡ的配合来实现的。ＡＴ８ ９Ｓ５１没有内部硬件ＩＺＣ总线接口，利用普通的１／Ｏ口引脚通过软件模拟来产生相应的时序，实现正确的数据发送和接收。如图４－７所示，地址选择输入端（Ａ０，Ａｌ）、写保护输入（ＷＰ）接ＧＮＤ， ＡＴ８９Ｓ５１的Ｐ２．０和Ｐ２．１引脚作为ＩＺＣ总线的ＳＣＬ和ＳＤＡ信号，即可实现单片机对ＡＴ２４Ｃ５１２的操作。 ＥＺ图４７ ＰＲＯＭ接口电路图Ｆｉｇ．４７ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ Ｅ２ＰＲＯＭ基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｒｔｏｌ的工业温度控制器的研究第四章模糊控制器的硬件实现４．４通讯网络设计在传统的控制器及仪器仪表中，通信主要是采用ＲＳ－ ２３２或者ＲＳ－４８５串行通信方式。ＲＳ－２３２是目前ＰＣ机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。ＲＳ－２３２被定义为一种低速率串行通信中增加通信距离的单端标准。由于ＲＳ－２３２的发送端与接收端之间有公共信号地，所以它不能使用双端信号，否则，共模噪声会祸合到信号系统中。ＲＳ－２３２标准规定，其最大距离仅为１５ｍ，信号传输速率最高为２０ｋｂｉｔ／ｓ．当通信距离为几十米至上千米时，目前广泛使用ＲＳ－ ４８５总线。ＲＳ－４８５吻发器采用平衡驱动和差分接收，具有抑制共模千扰的能力。ＲＳ－４８５接收器灵敏度可达ｆ２００ｍＶ，因而大大延长了通信距离，最远距离可为１２００ｍ．本课题设计的Ｆｕ ｚｚｙ－Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，虽然已经有了较先进的ＣＡＮ总线通讯接口，但是为了和以前的仪器仪表兼容，仍然保留了ＲＳ－４８５通讯口。由于它不是本课题的设计重点，所以只是简要地给予说明。４．４．１ ＲＳ－２３２／ＲＳ－４８５通信电路（１） ＭＡＸ２３２Ｐ＇ｌ是Ｍａｘｉｍ公司生产的专用串行接口芯片，包括２路接收器和驱动器，我４ｆ）只要用其中一路收发器，芯片内部有一个电源电压变换器可把输入的十５Ｖ电源电压变换为ＲＳ－２３２输出电平所需的士ｌｏｖ电压。ＭＡＸ２３２的接口电路设计图４－ １１。图中上半部分Ｃ１， Ｃ２， Ｃ３， Ｃ４及Ｖ＋， Ｖ是电源变换电路部分，在实际应用中，器件对电源噪声很敏感，因此Ｖｃｃ需对地接去祸电容Ｃ５，其值为１．Ｏ口。电容Ｃｌ， Ｃ２， Ｃ３， Ｃ４取同样数值，并尽可能靠近ＭＡＸ２３２，用以提高系统的抗干扰能力，都应为担电解电容。下半部分为发送和接收部分。Ｒｌｉｎ，ＲＸＤ， Ｒｌｏｕｔ， Ｔｌｉｎ分别直接接单片Ｔｌｏｕｔ分别直接接ＰＣ机的ＲＳ－２３２串口的ＴＸＤ，机串口的ＲＸＤ （Ｐ３．１）， ＴＸＤ （Ｐ３．０）．（２）在系统中将ＲＳ－ ４８５设计成半双工形式，选用了ＭＡＸ４８５１３９１芯片。ＭＡＸ４８５是８脚封装形式。最大通讯速度允许达到２．５Ｍｂｐｓ。但它的驱动能力不是很强，在一根线上只能挂３２个节点。ＤＩ为发送器输入端，ＲＯ为接收器输出端，分别与单片机的Ｐ３． ０ （ＴＸＤ）． Ｐ３．１‘（ＲＸＤ）连接，由于ＲＳ－４８５是半双工工作，收发使能ＲＥ和ＤＥ可由单片机的一个基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究第四章模糊控制器的硬件实现ｖ０口线Ｐ１．４控制。当Ｐ１．４为高电平时，允许单片机发送数据：当Ｐ１．４为低电平时，则允许单片机接收数据。单片机通过控制Ｐ１．４管脚实现与ＰＣ机数据交换的串行通信。Ｒ为匹配电阻，通常取为１２００．（ ３）如图４－３所示，本文只运用了１个ＤＢ－９针插口，故采用选择开关对任意一个进行短路选通来获取，优化了电路结构。 图４－１１ ＭＡＸ２３２／ＭＡＸ４８５接口电路原理图Ｆｉ ｇ．４－１１ ＭＡＸ２３２／ＭＡＸ４８５ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｉａｇｒａｍ４．４．２ ＣＡＮ总线简介１， ＣＡＮ总线的产生与发展１９８６年２月，Ｒｏｂｅ ｔ ｒＢｏｓｃｈ公司在ＳＡＥ汽车工程协会大会上介绍了一种新型的串行总线ＣＡＮ （Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）一控制局域网［１９１［０２１，那是ＣＡＮ诞生的时刻。１９８７年中期，Ｉｎｔｅｌ提前计划２个月交付了首枚ＣＡＮ控制器８２５２６，这是ＣＡＮ方案首次通过硬件实现，不久之后Ｐｈｉｌｉｐｓ半导体推出了８２Ｃ２００．由于其良好的性能和独特的设计，ＣＡＮ总线越来越受到人们的重视。它在汽车 领域上的应用是广泛的，世界上一些著名的汽车制造厂商，如ＢＥＮＺ（奔驰）、ＢＭＷ（宝马）、ＰＯＲＳＣＨＥ（保时捷）、ＲＯＬＬＳ－ ＲＯＹＣＥ（劳斯莱斯）和ＪＡＧＵＡＲ（美洲豹）等都采用ＣＡＮ总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。同时，由于ＣＡＮ总线本身的特点，其应用范围目前己不再局限于汽车行业，而向自动控制、航天航空航海、过程工业、机械工业、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。ＣＡＮ已经形成国际标准并己被公认为几种最有前途的现场总线之一［４６１基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｏｒ．的工业温度控制器的研究第四章模栩控制器的硬件实现２． ＣＡＮ总线特点ＣＡＮ总线属于总线式串行通信网络，与一般通信总线相比，ＣＡＮ总线的数据通 信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，其特点１５０１可概括如下：（１） ＣＡＮ总线以多主方式工作，网络上任意节点均可以在任意识可主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活。ＣＡＮ网络上的节点信息可分不同的优先级，可满足不同的实时要求，高优先级的数据最多可在１３４ｐｓ内得到传输。（２） ＣＡＮ总线采用短帧结构，数据长度最多为８个字节（保证了通信的实时性），可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。（３）采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向总线上发送数据时，优先级低的 节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间，尤其在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况。（ ４） ＣＡＮ总线直接通信距离最远可达ｌ ＯＫｍ（速率５Ｋｂｐｓ以下），最高速率可达１Ｍｂｉｔ／ｓ（此时距离最长为４０ｍ）． ＣＡＮ上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达１１０个；通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。（５） ＣＡＮ总线采用ＣＲＣ进行数据校验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。ＣＡＮ节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出的功能，以使总线上其它节点的操作不受影响。（６） ＣＡＮ总线只需通过报文滤波即可实现点对点、点对多点或者全局广播方式发送和接收数据。实际是通过屏蔽寄存器ＡＭＲ和验收滤波寄存器ＡＣＲ来实现滤波。３． ＣＡＮ总线协议分层ＣＡＮ的分层结构遵循Ｉ ＳＯ／ＯＳＩ标准模型，它分为数据链路层（包括逻辑链路控制子层ＬＬＣ－Ｌｏｇｉｃ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ和媒体访问控制子层ＭＡＣ－Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓ Ｕｎｉｔ）和物理层（包括物理信令ＰＬＳ－Ｐｈｉｓｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌ吨、物理媒体附属装置ＰＭＡ－Ｐｈｉｓｉｃａｌ Ｍｅｄｉｕｍ－Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ、媒体相关接口（ＭＤＩ－Ｍｅｄｉｕｍ Ｄｅｐｅｎｄｄｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）．４． ＣＡＮ总线的报文传送及帧结构（１）ＣＡＮ总线的逻辑电平 ＣＡＮ总线数值为两种互补逻辑值之一：“‘ 显性”（Ｄｏｍｉｎａｎｔ）数值表示逻辑＂０；＂而“隐性”（Ｒｅｃｅｓｓｉｖｅ）表示逻辑＂１＂ｏ ＶＣＡＮ－Ｈ和ＶＣＡＮ－Ｉ，为ＣＡＮ收发器与总线之间的基于Ｆｕａｙｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究第四章模糊控制器的硬件实现两个接口引脚，总线上的信号是以两线之间的“差分”电压Ｖｄｉｆ形式出现。在“隐性”状态下，ＶＣＡＮ－Ｈ和ＶＣＡＮ－Ｌ被固定于平均电压发送电平，Ｖｄｉｆ近似为０。在总线空闲或“隐性”位期闻，发送“隐性”状态。“显性”状态以大于最小阂值的差分电压表示。注意：“显性”和“隐性”位同时发送时，最后总线数值将为“显性”（即“０＂与， ．．１”的结果为‘ａ０｝ ），这也是故障界定和错误检测的根本基础。（２） ＣＡＮ总线的帧格式ＣＡＮ总线目前有两个协议版本，分别为ＣＡＮ２． ＯＡ和ＣＡＮ２．ＯＢ，则有相应的两种帧格式，一种含有１１位标识符称为标准帧，而另一种含有２９位标识符称为扩展帧。本文设计采用标准帧格式，如表４－２所示。字节１为帧信息，第７位（ＦＦ）表示帧格式，ＦＦ＝Ｏ表示标准帧；第６位（ＲＴＲ）表示帧的类型，ＲＴＲ＝Ｏ表示数据帧，ＲＴＲ＝１表示远程帧；Ｘ表示无关位。表４－ ２ ＣＡＮ２．ＯＢ标准帧格式Ｔａｂ． ４－２ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｒａｍｅ ｆｆｏｒｍａｔ ｏｆ ＣＡＮ２．ＯＢ７６ＲＴＲ５Ｘ４Ｘ３ １２！１｝。字节１字节２字节３字节４－１１ＦＦＤＣＬ（数据长度）报文标识符ＩＤ．１０－ＩＤ．３ＩＤ．２－ＩＤ．０｝Ｘ｝Ｘ！Ｘ｝Ｘ｝Ｘ８字节数据（３） ＣＡＮ总线报文传送ＣＡＮ总线以报文为单位进行信息传送，包含标识符１ Ｄ，它标志了报文的优先权。ＣＡＮ总线上各个节点都可主动发送，如同时有两个或更多节点开始发送报文，采用标识符１Ｄ进行仲裁，具有最高优先权报文节点赢得总线使用权，而其他节点自动停止发送。在总线再次空闲后，这些节点将自动重发原报文。构成一帧的帧起始位、仲裁场，控制场、数据场和ＣＲＣ序列均借助位填充（ ４）规则进行编码。当发送器在发送位流中检测到５位相同的连续位时（包括填充位），将自动地在实际发送的位流中插入一个补码位。（４） ＣＡＮ总线的帧结构ＣＡＮ总线提供子４种类型的帧结构：数据帧（Ｄａｔ ａ Ｆｒａｍｅ）、远程帧（ＲｅｍｏｔｅＦｒａｍｅ）、出错帧（Ｅｒｒｏｒ Ｆｒａｍｅ）与超载帧（Ｏｖｅｒｌｏａｄ Ｆｒａｍｅ）。数据帧和远程帧以帧间荃于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏ．的工业温度控制器的研究第四章模糊控制器的硬件实现空间同先前帧隔开。５， ＣＡＮ总线控制器ＳＪＡ１０００开发ＣＡＮ总线系统，需要使用专门的ＣＡＮ总线控制器。ＣＡＮ总线控制器的总 类繁多，很多芯片制造公司还将ＣＡＮ总线控制器集成到了单片机中，如Ｉｎｔｅｌ公司的Ｉｎｔｅｌ ８２５２６／８２５２７系列，Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ＰＣＸ８２Ｃ２００． ＳＪＡ１０００． Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司的ＭＣ３３３８９／３３３８９／３３３９８９系列，以及集成Ｔ ＣＡＮ控制器的微处理器Ｐ８ＸＣ５９２，ＭＣ６９ＨＣ７０５Ｘ４等。本文采用独立的ＣＡＮ控制器ＳＪＡ１０００１４０１１４４１．ＳＪ ＡＩ０００是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司推出的一款完全符合ＣＡＮ总线协议规定的独立的ＣＡＮ控制器，使用一片该控制器即可完成报文控制、数据滤波等ＣＡＮ控制器功能。作为Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的另一款ＣＡＮ控制芯片ＰＣＡ８２Ｃ２００的替代产品，ＳＪＡ１０００不仅兼容ＰＣＡ８２Ｃ２００支持的ＢａｓｉｃＣＡＮ （ＣＡＮＢＵＳ ２．０Ａ）模式，还支持功能更强的ＰｅｌｉＣＡＮ（ＣＡＮＢＵＳ ２．０Ｂ的增强版本）模式。具有扩展的接收缓冲器，６４字节的ＦＩＦＯ结构：支持１１位和２９位识别码、位速率可达１Ｍｂｉｔ／ｓｅ６， ＣＡＮ总线收发器ＰＣＡ８２Ｃ２５０ＰＣＡ８ ２Ｃ２５０１４＇１１４ｓ１是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司生产的ＣＡＮ总线收发器，用来连接ＣＡＮ总线控制器和物理介质。ＰＣＡ８２Ｃ２５０驱动电路内部具有限流电路，可以防止发送输出级对电源、地或负载短路。采用的双线差分驱动，有助于抑制恶劣电气环境下的瞬变干扰。它有三种不同的工作模式：高速、斜率控制和待机。ＰＣＡ８２Ｃ２５０的Ｒｓ脚与地之间的电阻称为斜率电阻，决定了系统处于高速工作方 式还是斜率控制方式。本文采用斜率控制方式，上升及下降的斜率取决于Ｒｓ的取值，Ｒｓ为４７ＫＯ，采用双绞线作为总线的物理介质。表４－ ３ ＣＡＮ收发器状态表Ｔａｂ． ４－３ Ｓｔａｔｅ Ｔａｂｌｅ ｏｆＣＡＮ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ通过ＣＡＮ收发器的状态表４３可以看出ＰＣＡ８２Ｃ２５０的输入信号和总线状态的关 系。ＣＡＮＨ的状态只能是高电平或悬浮；而ＣＡＮＬ的状态只能是低电平或悬浮，这基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｏｒｌ的工业温度控制器的研究第四章模糊控制器的硬件实现种电平特性，即使有多个节点同时发送数据也不会出现短路状态，某个节点的故障也不会影响其它节点，从而使得网络通信更加安全可靠。４Ａ．３ ＣＡＮ总线与ＲＳ－４８５比较总结ＣＡＮ总线和ＲＳ－ ４８５属于串行通信网络，都是半双工通信协议，只需要一对传输线即可实现数据的发送或接收。ＣＡＮ总线包括物理层与数据链路层，而ＲＳ－４８５只提供串行通信的最底层协议即物理层。ＣＡＮ总线的优势［４２１概括如下：（１） ＣＡＮ控制器工作于多主方式，网络各节点都可根据总线访问优先权采用逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，则网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和灵活性。而利用ＲＳ－４８５只能构成主从式结构系统，通信方式也只能以主站轮询的方式进行，系统的实时性、可靠性较差。（２） ＣＡＮ总线通过ＣＡＮ控制器接口芯片８２Ｃ２５０的两个输出端ＣＡＮＨ和ＣＡＮＬ与物理总线相连，而ＣＡＮＥ端的状态只能是高电平或悬浮状态，ＣＡＮＬ端只能是低电平或悬浮状态（表４－３）。而在ＲＳ－４８５网络中，当出现多节点同时向总线发送数据时，将导致总线出现短路从而损坏某些节点。而且ＣＡＮ节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现象在ＲＳ－４８５网络中，因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。ＣＡＮ总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比低等诸多特点的一种已形成 国际标准的现场总线，这些也是目前ＣＡＮ总线应用于众多领域，具有较强的市场竞争力的重要原因。４．４．４ ＣＡＮ通信适配卡设计１、通信适配卡结构设计在ＰＣ机与ＣＡＮ总线实现通信时，本文没有采用外购的ＣＡＮ总线接口卡（价格 昂贵），而是自行设计了一个ＣＡＮ总线与ＰＣ机的通信适配卡４３，如图４－１３所示。ＣＡＮ总线通信接口通过串口与ＰＣ机通信，结构如图４－１２所示。工作过程如下：ＣＡＮ总线通信上电复位和初始化后，等待ＰＣ机的命令和数据，当ＰＣ机发出命令和数据时，ＣＰＵ要把待发送数据（即从ＲＳ－２３２总线上接收到的数据）发送给ＣＡＮ控制器ＳＪＡ１０００，随后帧传输由ＰＣＡ８２Ｃ２５０自动完成。而当ＣＡＮ控制器从总线上接收到数基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏ．的工业温度控制器的研究第五章模糊控制器的软件设计第五章模糊控制器的软件设计５．１软件设计概述在硬件电路确定之后，其主要功能由软件来实现。本系统软件设计采用面向对象 的模块化程序设计方法。按整体功能分成不同的模块，单独设计、编程、调试、然后将各个模块装配联调。本设计程序主要由主控模块、数据采集模块，数据处理模块、滤波模块、数据显示、通讯程序等组成。５．１．１主控模块软件设计主控软件设计主要包括微处理器的初始化、温度数据的采集、滤波及显示。微控 制器定时循环采样温度值，经Ａ／Ｄ、数字滤波后显示温度数值，并通过模糊控制算法计算输出控制量。流程图如图５－１所示。 图５－１主程序流程图Ｆｉｇ．５－１ Ｆｌｏｗｃｈａｒｔ ｏｆ ｍａｉｎ ｐｒｏｇｒａｍ基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究第五章模糊控制器的软件设计５．１．４模糊控制算法子模块模糊控制算法的目的就是从输入的连续精确量中， 通过模糊推理的算法过程求出相应的清晰值得控制算法。模糊控制本身比较复杂，在单片机上要实现真正的模糊算法必须要编写出高质量的汇编程序，所以目前在单片机上实现的模糊控制多数采用的是查表法。尽管查表法一般只适用于离散有限论域的情况，精度不高，改善规则控制和隶属函数曲线较为困难，在离线情况下完成模糊控制算法的计算量大又费时，但以查找查询表形式实现的模糊控制却具有良好的实时性，再加上这种方法不依赖于被控对象的精确数学模型，因此本文采用此种方法。 图５－８离线建立模糊控制查询表的流程图Ｆｉ ｇ．５－８ Ｆｌｏｗ ｃｈａｔｒｏｆ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｑｕｅｒｙ ｔａｂｌｅ ｂｙ ｌｅａｖｅ ｌｉｎｅ ｆｏｕｎｄｅｄ由模糊控制器的输入输出语言变量赋值表（３－ １， ３－２， ３－３）以及表（（３－４）所示的控制规则，经过反复调试确定偏差ｅ、偏差变化ｅｃ和控制量ｕ的隶属度和控制规则，再根据模糊关系合成推理法及重心法清晰化过程，离线建立模糊控制器查询表（流程如图５－８所示）（结果如表３－６所示）。将此查询表存放在单片机的程序存储器中，通过ＭＯＶＣ指令查询当前时刻模糊控制器的输入变量量化值所对应的控制输出值，并将其作为模糊逻辑控制器的最终输出，从而达到快速实时控制。基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｏｌ的工业温度控制器的研究ｒ第五章模糊控制器的软件设计表（ （３－６）所给出的模糊控制表可以看成一个二维的ｎｘｍ矩阵，其中ｎ＝１３ （０不区分），ｍ＝１３。由于单片机的内存是按一维空间来存放数据，并以地址来标识某一内存单元进行数据的存取，因此必须将二维矩阵以行存放方式，逐行地一次将矩阵元素存入单片机内存ＲＯＭ中的ｄａｔａ区域，则元素Ｕｉｊ在内存中相对于矩阵第一个元素的位置就为：ｉｘｎ＋ｊ，具体实现：模糊化子程序（如图５－ ９所示）用来将实际偏差及偏差变化经过标度变换，变成模糊论域（－６，－５，－４； ３，－２，－Ｉ，－０，１，２，３，４，５，６）１３个等级中的某一个等级，以便查表得到控制量。但考虑到查询模糊决策表的方便，这里直接得到模糊论域（－６，－５，４，－３，一，－１，０，１，２，３，４，５，６｝１３个等级的编号，分别对应为１， ２， ３．．．， １３，即一６的编号为１，－５的编号为２， ６的编号为１３。这样就可以直接根据Ｅ的编号ｉ， ＥＣ的编号ｊ及表首地址ＴＡＢ，又表达式（１３ｘｉ＋ｊ）十ＴＡＢ找到控制量所在的地址，从而查询到Ｕｉｊ的精确输出量。 图５－９模糊控制子程序流程图Ｆｉｇ．５－９ Ｆｌｏｗ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ Ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｒｔｏｌ的工业温度控制器的研究第五章模糊控制器的软件设计５．２硬件仿真调试当ＰＣＢ板制作好后，需要进行调试以验证设计的正确与否。本文采用伟福Ｖ８ 系列仿真器来进行调试，利用汇编语言进行编程。本文选择的器件单片机ＡＴ８９Ｓ５１与Ｋ型热电偶模数变换器ＭＡＸ６６７５、存储器ＡＴ２４Ｃ５１２、显示驱动ＭＡＸ７２１９， Ｄ／Ａ转换ＭＡＸ５３１的接口采用的全部是串行接口。利用仿真器的在线仿真功能，使用几个ｖ０端口用软件来模拟串行接口的操作时序进行在线调试，可进行同时调试，极大地提高了调试效率。１、软硬件调试工作本人在软硬件调试中所作的工作： （１）由于电路中使用的都是串行接口，所以电路连线非常简单，使得硬件调试也 很方便。利用万用表检查电源和地有无短路或断路的情况，若出现短路的问题则会把仿真器烧坏；若有断路的情况说明ＰＣＢ板存在虚焊，调试不能正常运行。上电复位后，利用万用表查看复位脚，为高电平则正确。接着，利用仿真平台编写数据程序，用示波器观察ＡＬＥ， ＲＤ， ＷＲ引脚和所有的地址线，检查信号是否正确。所有连线均没有问题，无异常情况发生，硬件调试完毕。ｃ２）接下来则是重要的软件调试，由于软件进行模块化的设计，每个模块可以单 独进行调试，首先进行显示程序模块的调试，其他模块的调试可借助于该模块，设置一些重要参数进行显示，从而可以判断程序执行是否正确，使调试直观，容易找到程序的出错处，最后进行联调。（３）程序的调试主要查看程序运行的步骤是否正确，在某时刻程序运行所处的位 置是否正确是否能正确运行各个中断服务程序。在调试过程中，本人先将某些子程序屏蔽，在中断服务子程序中设置断点，然后全速运行，查看程序是否能运行到所有的断点；另外，查看相关的特殊功能寄存器，内存单元内容来判断程序逻辑正确与否，发现错误时进行单步运行进一步确定错误原因。＜４）在进行软件的连调之前要先进行软件的初调，即要先使各个子程序运行正确， 程序的运行流程正确。调试子程序时，由于许多参数都是未知的，只能根据其所需的条件，给出假定的数据，使其运行，如果能完成预定的处理功能或与手工计算的结果基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究第五章模糊控制器的软件设计相符，就说明该子程序已调通。如图５－７所示的调试程序。２， ＣＡＮ调试总结本文自行设计的ＣＡＮ通信适配卡，作为本电路设计的扩展部分，虽然进行了外 观和内部电路的整体设计，但对于电路的调试及应用仍存在一定的局限性。本人仅仅对于该硬件电路进行单一的收发数据，以及自收发调试，这使得ＣＡＮ优势特性并未完全的展现出来。在进行ＣＡＮ总线通信调试前，应该先保证硬件电路连接正确。因此可以先用自 接收命令确认调试成功，将模式寄存器（ＭＯＤ）中的ＭＯＤ．２位置１，芯片进入自检测模式，没有任何活动的节点使用自接收命令，即使没有应答，ＣＡＮ控制器也会成功发送・同时要注意，自接收命令视正常的通讯发送命令是不一样的。本文在设计时为了调试的方便，在电路中加了三个颜色的指示灯（如图４－ １３所示），红灯表示出现错误，绿灯表示数据正在收发，黄灯表示数据收发结束。调试中，通过电路中的这三个指示灯表示来进行简单的故障排除和调试。另外，ＣＡＮ总线采用位填充技术，所以数据肯定要变化，指示灯闪烁。波特率低时，指示灯会亮一些；波特率高时，指示灯会暗一些。５．３小结在系统的硬件电路确定后，则其主要功能由软件来实现。本章利用模块化设计方 法，结合硬件系统要求设计了各主要模块的子程序，并给出了相关的软件流程图，及完成了硬件功能实现的软件程序编写。最后，在调试过程中使得编写的整个程序能正常运行，提出了出现问题的解决方法。基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｏｒ．的工业温度控制器的研究第六章系统性能仿真及分析第六章系统性能仿真及分析６．１仿真工具模糊控制系统的设计过程中，存在大量繁琐的工作，如控制器结构的确定、隶属 函数的选取、各种规则的获取，参数的调整等等。在模糊控制应用系统的设计完成后，还必须对此系统进行优化和精心调试才能获得所期望的性能。为了在模糊控制的研究开发中，解决速度和效率的问题，以及缩短开发周期和降低资源消耗，国外一些发达国家，如德国、日本和美国，研制了不少的模糊控制开发软件，有效地帮助人们进行模糊控制器的设计、分析、调试、修改等工作。ＭＡＴＬＡＢ１ ４１ （ＭＡＴｒｉｘ ＬＡＢｏｒａｔｏｒｙ矩阵实验室）是ＭａｔｈＷｏｒｋｓ公司于１９８２年推出的一套高性能数值计算和可视化软件，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体。ＭＡＴＬＡＢ强大的扩展功能为各个领域的应用提供了基础，由各个领域的专家学者相继开发了ＭＡＴＬＡＢ工具箱。模糊逻辑工具箱正是其中的一个。ＭＡＴＬＡＢ模糊逻辑工具箱是一个不针对具体硬件平台的模糊控制设计工具，它 可以用完全图形界面的工作方式设计整个模糊控制器。在设计好这样一个纯粹的模糊控制器之后，可以利用ＭＡＴＬＡＢ本身的ＳＩＭＵＬＩＮＫ仿真平台来构建整个模糊控制系统并进行仿真。虽然仿真环境不可能与实际情况完全相同，但它的结果还是有相当的指导意义，从比较中找出最优的仿真方案是可行的。６．２运用模糊逻辑工具箱建立模糊系统６．２．１模糊逻辑工具箱介绍模糊逻辑工具箱（ Ｆｕｚｚｙ Ｌｏｇｉｃ Ｔｏｏｌｂｏｘ） ［＇ｎ有５个主要的图形用户界面（ＧＵＩ）工具可以用来建立、编辑和观察模糊推理系统，如图６－１所示。包含了３个编辑器，即模糊推理系统编辑器Ｆｕｚｚｙ、隶属函数编辑器Ｍｆｅｄｉｔ、模糊规则编辑器Ｒｕｌｅｅｄｉｔ； ２个观察器，即模糊规则观察器Ｒｕｌｅｖｉｅｗ和输出曲面观察器Ｓｕｒｆｖｉｅｗ。这五个图形化基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究第七章总结和展望第七章总结和展望模糊控制技术最大的特点是对控制对象不要求精确的数学模型与“鲁棒性”好， 经过了几十年的发展，模糊控制技术在实际中也得到了一定的应用。各种模糊产品充满了市场，并且将模糊控制与其他技术结合形成新理论、新技术是控制界的一个热点。然而，模糊控制技术的应用仍远远未达到传统ＰＩＤ控制那样的普及程度。基于这方面的考虑，本人以温度控制为例，探讨了如何运用单片机来实现简单的模糊控制，给出了整个系统的软硬件具体实现流程，通过对模糊控制的仿真研究验证了模糊规则设计的实用性与合理性。１、全文的内容和本文的主要工作概括如下：（１）以单片机ＡＴ８９Ｓ５１作为核心控制芯片，设计了温度模糊控制器，并对其外围 电路做了详细的说明。其中包括Ｋ型热电偶模数转换芯片ＭＡＸ６６７５、外部ＥＺＰＲＯＭＡＴ２４Ｃ５１２， ＬＥＤ显示驱动ＭＡＸ７２１９和Ｄ／Ａ转换ＭＡＸ５３１，这些外围器件都是串行接口，从而大大简化了硬件电路。运用Ｐｒｏｔｅｌ软件设计了原理图和ＰＣＢ电路板图。选用伟福ＶＳ系列集成开发软件作为控制软件开发平台，用汇编语言编写程序，对ＰＣＢ板进行了调试，完成了把该硬件板运用到实际控制过程的所有工作。（ ２）作为模糊控制器的扩展部分，本文在通讯电路中尝试利用了比较先进的ＣＡＮ总线技术，由于单片机ＡＴ８９Ｓ５１不自带ＣＡＮ控制器的功能，选用独立的ＣＡＮ控制器ＳＪＡ１０００芯片作为ＣＡＮ总线接口，ＰＣＡ８２Ｃ２５０芯片作为ＣＡＮ收发器，完成了ＣＡＮ适配卡的设计。（３）简单介绍了ＰＩ Ｄ控制原理，并在其局限性基础上详细讲述了模糊控制的工作原理与设计步骤及其本文模糊控制器的具体参数实现过程。利用模糊逻辑工具箱设计了模糊推理系统，借助Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真开发平台对模糊控制和ＰＤ：）控制分别进行了仿真比较，最终利用较好的模糊控制对实际升温曲线进行仿真，仿真效果在最佳的状态下基本达到预期的要求。２、本次工作的不足之处模糊控制属于智能控制的范畴，作为一种先进的智能控制方法，必将造福于人们 基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究第七章总结和展望的生产和生活。本次课题研究的基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器，成功地完成了硬件设计及软件仿真调试，但仍存在以下待改善加强的部分：（１）设计的温度模糊控制器，由于实验条件等客观因素的影响，未能作为一个产 品投入实际工业运作现场，还缺少实际过程的验证。特别是在系统的抗干扰、可靠性方面，需根据实际情况进行加强。（ ２）利用ＣＡＮ总线技术是本次设计的温度模糊控制器的一个特点，是一个扩展部分。ＣＡＮ总线具有较好的实时性、可靠性与灵活性，有助于组成分布式或现场总线控制系统。虽然成功调试了自行设计的ＣＡＮ适配卡，但仅仅基于“单帧”的基础上，若运用在实际工业生产中，仍需要不断的进行调试分析。故相应的监控软件在这次课题设计中没有涉及。（３）本文并未对模糊控制的精度问题进行讨论，模糊控制能在大温差范围内取得了 良好的控制效果，但在小温差范围内效果不是很理想，存在着稳态误差。由于这是一个更细微的问题，而且近几年来，许多学者已经提出了相当多的设计思路来提高控制精度，获得了推广和应用。本文就没有在此问题上再进行详细的说明与讨论分析。墓于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究参考文献参考文献！Ｉ］刘曙光，魏君民，竺志超，模糊控制技术，中国纷织出版社，２００１．６［２１张文修，梁广锡，模糊控制与系统，西安交通大学出版社，１９９８．３［３］涂承宇，涂承援，杨晓莱，模糊控制理论与实践，地震出版社，１９９８．８［４］Ｌ．Ａ． Ｚａｄ么Ｆｕｚｚｙ Ｓｅｔｓ． Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｏｒｌ， １９６５， ８： ３３８３５３［５］Ｅ．Ｈ． Ｍａｍｄａｎｉ， Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｆｕｚｚｙ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｆｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｓｉｍｐｌｅ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｐｌａｎｔ，Ｐｒ ｏｃ． ＩＥＥ， １９７４，１２１： １５８５１５８８［６］Ｌ．Ａ． Ｚａｄｅｈ， Ｔｈｅ Ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ａ Ｌｉｎｇｕｉｓｔｉｃ Ｖａｒｉａｂｌｅ ａｎｄ ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ＡｐｐｒｏｘｉｍａｔｅＲｅａｓｏｎｉ ｎｇ Ｉ， ＩＩ， ＩＩＩ， Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， １９７５， ８： １９９－２５１【刀Ｍａｓａｈａｒｕ Ｍｉｚｕｍｏｔｏ， Ｆｕｚｚｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖａｒｉｏｕｓ Ｆｕｚｚｙ Ｒｅａｓｏｎｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄｓ， ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉ ｅｎｃｅｓ， １９８８，４５：１２９－１５１［８］Ｊ．Ｍ． Ｋｅｌｌｅｒ ａｎｄ Ｊ． Ｇｉｖｅｎｓ， Ｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉｓｓｕｅｓ ｉｎ ｆｕｚｚｙ ｐａｔｔｅｒｎ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ， Ｐｒｏ．ｉ ｎｔｅｒ． ｃｏｎｆ． ｏｎ ＳＭＣ． Ｔｕｓｃｏｎ， １９８５， ２１０－２１４［９］ Ｌ．Ａ． Ｚａｄｅｈ， Ｏｕｔｌｉｎｅ ｏｆ ａ￣ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｃｏｍｐｌｅｘ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｄｅｃｉｓｉｏｎｐｒ ｏｃｅｓｓ， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｓｙｓｔｅｍ． Ｍａｎ Ｃｙｂｅｍ， １９７３， ３： ２８４４［１０］刘向杰，周孝信，柒天佑，模糊控制的现状与新发展，信息与控制，１９９９， ２８（４）： ２８３２９２［ｉｌｌ张吉礼，欧进萍，于达仁，模糊控制论域调整方法及其仿真研究，中国博士后学术大会论文集，２０００， ４４７－－－４５２［１２１周李涌，高丽丽，高鹭，论模糊控制器中童化因子和比例因子的作用，内蒙古科技与经济，２００４， １９： ６１＾６２［１３］方千山，隶属函数对模糊控制系统的作用与影响研究，中国科学院自动化信息技术发展战略研讨会论文集，２０００ ［１４］顾建良，杨新志，基于模糊控制的智能执行机构控制器，上海大学学报（自然科学版） ，２００４， １０： ２１７２２１基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｒｔｏ．的工业温度控制器的研究参考文献［１５１魏克新，王云亮，陈志敏，高强，ＭＡＴＬＡＢ语言与自动控制系统设计，机械工业出版社，２００４．９第二版［１６１刘美霞，智能温度控制系统，［南京航空航天大学硕士论文】，２００３．１， １－２［１刀潘新民，王燕芳，单片微型计算机实用系统设计，人民邮电出版社，１９９３．６［１８１张毅刚，彭喜元，姜守达，乔立岩，新编ＭＣＳ－５１单片机应用设计，哈尔滨工业大学出版社，２００３． ７［１９１饶运涛，邹继军，郑勇芸，现场总线ＣＡＮ原理与应用技术，北京航空航天大学出版社，２００３． ６［２０１史勇根，张培仁，陈真勇，ＣＡＮ现场总线系统设计，国防工业出版社，２００４．１０［２”周立功等，增强型８０Ｃ５１单片机速成与实战，乳京航空航天大学出版社，２００３．７［２２１ＭＡＸＩＭ． Ｃｏｌｄ－Ｊｕｎｃｔｉｏｎ－Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｋ－Ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ－ｔｏ－Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｔｒｅｒ （００Ｃ ｔｏ＋Ｙ０２４－ Ｃ） ＭＡＸ６６７５， ２００１［２３１李平，李亚荣，基于ＭＡＸ６６７５的温度控制器设计，仪表技术与传感器，２００４， ７： ２９－３０［２４１李敏，孟臣，单片Ｋ型热电偶放大与数字转换器ＭＡＸ６６７５，单片机与嵌入式系统应用，２００３， ９： ４１４３，５０［２５］ＡＴＭＥＬ． ２－Ｗｉｒｅ Ｓｅｒｉａｌ ＥＥＰＲＯＭ ５１２Ｋ ＡＴ２４Ｃ５１２， ２０００［２６１周巧娣，刘敬彪，ＡＴ２４Ｃ２５６在单片机系统中的应用，电子元器件应用，２００２， ９： ５５５７［２７］ＭＡＸＩＭ． Ｓｅｒｉａｌｌｙ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｄ， ８－ｄｉｇｔｉｔ ＬＥＤ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｒｉｖｅｒｓ ＭＡＸ７２１９， １９９７［２８１王建华，逢玉台，ＭＡＸ７２１９原理及其应用，电子技术，２００３， １２： ３６－３９［２９１陈增辉，刘西玲，使用ＭＡＸ７２１９时应注意的几个问题，国外电子元器件，２００２， １１： ２２－２４［３０１ＭＡＸＩＭ． ＋５Ｖ，Ｌｏｗ－Ｐｏｗｅｒ，Ｖｏｌｔａｇｅ－Ｏｕｔｐｕｔ，Ｓｅｒｉａｌ １２－Ｂｉｔ ＤＡＣｓ ＭＡＸ５３１， １９９７［３”卢琦，黎文导，列光华，串行Ｄ／ＡＭＡＸ５３１的应用设计，湛江师范学院学报（自然科学版） ，１９９９， ２０（２）： ４９－５２基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｒｔｏｌ的工业温度控制器的研究参考文献［３２］ＡＮＡＬＯＧ ＤＥＶＩＣＥＳ． Ｕｌｔｒａｌｏｗ ｏｆｆｓｅｔ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ＯＰ０７［３３１ＡＴＭＥＬ． ８－ｂｉｔ Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｗｉｔｈ ４Ｋ Ｂｙｔｅｓ Ｉｎ－ｓｙｓｔｅｍ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＦｌａｓｈＡＴ８９Ｓ５１， ２００１１３４１沈红卫，基于单片机的智能系统设计与实现，电子工业出版社，２００５．１１３５１吴宏武，刘春燕，塑料挤出温度模糊控制系统的开发研究，化工自动化与仪表，２００２， ２９（４）： ６１－６３［３６１宋哲英，宋雪玲，刘朝英，应用ＭＡＴＬＡＢ设计模糊控制系统，计算机应用研究，２００１， ２：６９－７１［３７１高瑞丽，基于ＣＡＮ总线的智能温度变送器，【山东科技大学硕士论文］，２００１． ９，１８－２８ＭＡＸＩＭ．ＤＵＡＬ ＥＩＡ－２３２ Ｄｒｉｖｅｒｓ／Ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ ＭＡＸ２３２， ２００２ＭＡＸＩＭ． Ｌｏｗ－ｐｏｗｅｒ， Ｓｌｅｗ－Ｒａｔｅ－Ｌｉｍｉｔｅｄ ＲＳ－４８５／ＲＳ－４２２ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒｓ ＭＡＸ４８５，１９９６１４０］Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎ ＳＪＡ１０００ Ｓｔａｎ走ａｌｏｎｅ ＣＡＮ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，２０００［４１］Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ＰＣＡ８２Ｃ２５０ｉ ｎｔｅｒｆａｃｅ，２０００ＣＡＮ［４２１范辉ＲＳ４８５总线与ＣＡＮ总线应用比较，上海电机学院学报，２００５， ８（５）： ５４－５６ＲＳ－２３２接口电路及协议转换软件的设计，电１４３１宋琪魏臻，吴永忠，钱曦，ＣＡＮ－子工程师，２００５， ３１（１）： ６９７１［４４１岑雪松，用，２００２，，ＳＪＡ１０００在ＣＡＮ总线系统节点的应用，单片机与嵌入式系统应５０－５４［４５１吴永凤，王红蕾，王俊波，ＣＡＮ总线接口芯片ＰＣＡ８２Ｃ２５０及其应用，贵州工业大学学报（自然科学版），２００５，３４（３）： ７６－－７９计时鸣，张利，王亚良，ＣＡＮ总线技术、系统实现及发展趋势，浙江工［４６１鲍官军，业大学学报，２００３， ３１（１）：５８－６１，６６墓于Ｆｕｚｙ－ｃｏｎｒｔｏｌ的工业沮度控制器的研究参考文献［４７１魏巍，ＭＡＴＬＡＤ控制工程工具箱技术手册，国防工业出版社，２００４．１Ｄ控制及其ＭＡＴＬＡＢ仿真，电子工业出版社，２００３．１１４８１刘金ｌｅｉ，先进ＰＩ［４９１陈晓平李长杰，ＭＡＴＬＡＢ及其在电路与控制理论中的应用，中国科学技术大学出版社，２００４．９１０１５求是科技，单片机通讯技术与工程实践，人民邮电出版社，２００５．１基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究攻读硕十学位期间发表的论文攻读硕士学位期间发表的论文［１１包文娟、朱桂荣，基于ＣＡＮ总线的家居安防监拉，电气时代，２００６，２００６， ５，１２１包文娟、朱桂荣，微机继电保护测试系统的研制，自动化与仪器仪表，基于Ｆｕｚｚｙ－ｃｏｎｔｒｏｌ的工业温度控制器的研究致谢致谢本论文的全部研究工作均是在两位导师邹丽新、朱桂荣的悉心关怀和精心指导帮 助下完成的．从课题的立题、研究到论文的撰写和审阅都倾注了导师的巨大心血。三年来，两位老师在学习上都给予了作者莫大的帮助和指导，在此向导师致以最崇高的敬意和最诚挚的感谢！感谢三年来教导我的老师们：顾济华老师、陶智老师、陈炳泉老师，非常感谢您 们时我学习上的指导与帮助，使我受益匪浅．研究生生活转瞬即逝， 毕业在即，我还要对和我一起学习过的同学们道一声谢谢，感谢他们三年来给予的无私帮助。另外，我的舍友在我困惑、茫然、失落的时候给予了我极大的支持与鼓励，对于她们我也表示热忱的谢意．感谢所有给予我帮助和支持的良师益友． 以及，我要感谢我最亲爱的父母和亲人， 是他们养育了我和给与我受教育的机会，鼓励我不断进取，使我能坚强地走到今天．由于本人水平有限，论文中难免有不当和疏漏之处，敬请批评指正．最后，向所 有评阅论文的老师、教授、专家和学者表示诚挚的谢意旦
