基PID控制算法热水器智控制系统设计——温控系统设计
基PID控制算法热水器智控制系统设计
——温控系统设计
摘
社会热水器分热式储水式控制方面分两种机械式电子式两种控制机械式温度动控制着互相约束造成调节温度时候方便电子式较完整控制结构设置功率加热体然通控制芯片相关软件实现水温控制克服机械式足点
次设计利单片机分析热水器温度控制基础整系统分温度测量温度报警温度加热单片机等功模块控制象储水式热水器通控制施加电阻线电压工作时间进行功率传输功率转换热量升高水温次设计题单片机重组成通体pid动控制算法实现热水器动控制次设计特点总体造价低温度控制精度较理想抗住外界干扰性安全性保证通流量变化快速调整温度系统具校正力操作环境解决出口水温差异
关键词：智控制PID控制实时温控
Design of Intelligent Control System of Water Heater Based on PID Control Algorithm
——Design of Temperature Control System
Abstract
In today＇s society the water heaters we use are divided into instantheating type and waterstorage type and there are also two types in their control mechanical electronic type Under these two different controls the mechanical type has inherently different mutual constraints on the automatic temperature control which makes it inconvenient when adjusting the temperature The electronic type has a relatively complete control structure and a number of different highpower heating bodies are installed and then the water temperature control is achieved through the control chip and related software to overcome the mechanical shortcomings
This design uses the single chip microcomputer to analyze the temperature control of the water heater and divides the whole system into several functional modules such as temperature measurement temperature alarm temperature heating and single chip microcomputer The control object is a storage water heater which controls the working time of the voltage applied to the resistance line to transmit power thereby converting this power into heat and increasing the water temperature The design theme of this time is based on the singlechip microcomputer The automatic control algorithm of the pid is realized through the main body pid automatic control algorithm and the overall cost of this design feature is low and the accuracy in temperature control is also ideal which can resist the outside world The reliability and safety of the interference use can be guaranteed And the temperature can be quickly adjusted by the flow rate change and because the system has the ability to selfcorrect the difference in operating environment can solve the difference in outlet water temperature
Keywords Intelligent control PID control realtime temperature control
目 录
1绪 1
11器智控制系统设计研究意义目 1
12国外热水器系统控制研究现状 1
13研究容 2
2 热水器智控制系统总体方案设计 3
21实时温控系统控制原理 3
22总体方案设计 4
221加热控制系统 5
222水路系统 5
223安全系统 5
224加热技术 5
23章结 6
3温控系统硬件电路设计 7
31系统应电路 7
32测温电路 11
33显示屏输出电路 11
34键电路 12
35蜂鸣器报警电路 12
36 电机升降温电路 13
4 基PID控制算法温控系统软件设计 14
41 程序流程设计 14
411温度采集子程序 17
412温度处理显示子程序 18
413升降温程序LED显示子程序 22
42PID参数整定 22
421 控制算法设计 24
43 PID参数整定 25
431 PID参数微调 27
5系统调试 28
51调试程 28
52调试结果 28
6总结 30
参考文献 31
谢 辞 33
附录材料 34
附录二程序 34
附录三英文文献 45
附录四英文文献翻译 50
1 绪
11器智控制系统设计研究意义目
着世界科技发展世界国源问题越越受重视热水器已成成生活必少储水式电热水器污染储水量等特点 众代源中受青睐储水式工作时候环保节功率方面求低国部分家庭均储水式电热水器发达国家早已普遍国情况没发生改变数着太阳热水器天着国济快速发展储水式热水器会国面积国区水压情况样加热时造成热水器时造成影响温度调节时水温法达消费者带少麻烦课题研究象通PID控制算法热水器智控制系统设计储水式热水器问题较改善
12国外热水器系统控制研究现状
电热水器热式储水式数家储水式热水器热式热水器特点：
1需预热储水量
2安全性般家庭线路负载
3部相较简单维修时较方便
4样容积价格十分低廉
5预热时间长加热相较慢
热水器国外数竖式国横式竖式加热速度快出水率高层冷水样设计减少冷水热水击符合国外生活惯相横式热水器储水量洗澡时舒适感加强
热水器控制面基单片机温度测控系统检测控制系统中应越越广泛基础国外电热水器温度基测量动检测温度控够精准
温度控制技术机械式：通种组合实现功率切换拥显示温度水位功达温度水位动控制功然通调节水流量决定控制温度调节时候流量功率相互约束造成调节温度方法简便存方式般手动控制
然热水器产品中添加电加热辅助装置功智存缺陷户体验带感觉例常热水器中设置23功率加热水进行加热温度控制程中通水流量控制进行调整流量调节温度调节间存影响误差时候法温度流量时获满足温度法做流量变化做微调整该技术存足
电子式：机械式处完整控制结构温度传感器流量传感器设置功率加热体然通控制芯片相关软件实现水温控制方式解决流量调节温度调节间存影响误差流量改变会水温产生变化完成流量温度控制解决机械方式缺点国外市场认
PID控制例积分微分控制结构简单稳定性极佳易配置通常法完全理解掌握控制象结构参数者法建立精确数学模型时检测时获结果时通控制理计算难接受目前PID控制技术简便底盘温度控制系统广泛化学机械工程机械工程制药行业试运行调试程中化工产品符合生产工艺生产求具广阔应前景外控制行性前温度值前温度趋势总量进行采样方便控制系统快速识提高响应速度减少温度稳定时间
根优缺点选择pid温度控制系统水温稳定定设计误差提供合适热水器解决方案课题重点研究储水式电热水器
13研究容
通面描述储水式热水器优缺点分析国温度控制情况解现储水式热水器缺陷 问题温度控制精准性高稳定性般法快速加热满足日常需求通PID控制算法热水器温控系统控制系统相关影响参数实现快速升温时刻保证温度恒定续会通材料选择已电路分析pid参数调整进步温控系统更加智化简单化
2 热水器智控制系统总体方案设计
21实时温控系统控制原理
量守恒定律
设置流量传感器温度传感器放入储水热水器进水端通单片机获取水温度流量值然算出量值温度提升需数值通公式出加热温度时候需功率通单片机控制引脚功率转换加热器
QCm△T Mpv （式21）
表21公式定义
C
热容
焦千克•摄氏度
M
水质量
kg
△t
水温变化量
°C
p
水密度
kgm3
根流量定义知推出
P4200×流量X △T／60(流量单位L／min) （式22）
系统中水温达求温度根述公式计算需功率达需温度值减少程序中单片机工作量事先算记升高摄氏度需量然罗列种数工作时候单片机检测流量直接系统需基础功率然提供需功率
PID控制原理
pid控制基原理介绍
例环节：基础例环节缺点较容易产生稳态误差
积分环节：消稳态误差缺点增加超调量
微分环节：加惯性响应速度减弱超调趋势
图21典型闭环控制系统
闭环控制系统传递函数C(S)R(S)K1D(S)K2G(S)1+K1D(S)K2G(S) （式23）
完美情况 R（s）C（s）传递函数1程消息处理需定时间传递函数：
c(s)RSe−τs （式24）
22总体方案设计
图22结构系统原理图
表22系统结构作
1
开关阀门（流量调节关断）
2
安全阀
3
接导体
4
温度传感器
5
流量传感器
6
隔离水电阻
7
加热丝
8
加热罐
9
高温保护器
10
继电器
11
控制中心
12
电流互感器
221加热控制系统
加热系统单位组合：
温度传感器：基控制精确温度快速响应特点采取集成芯片普通电阻型塑封NTC成低廉
镍金加热丝：热交换效率高实现采取体积镣金加热丝身储备热视突发断水情况会发生温度
继电器：继电器接收控制中心控制信号决定否加热丝进行通断
222水路系统
开关阀设置水路系统中开关阀起着重作 仅开关闭水路作流量调节调节器作动触发控制中心工作输入端口 户开开关整机器会启动进入工作状态需操作获预先设定水温
223安全系统
隔电墙：出水进水进隔离水电阻工作220V降安全电压
接导体：水中电压存适合接导体保证电压0保证安全
防干烧：温度高者局部高温时候手动控制器断开电路起保护作
防烫伤：设置温度传感器检测否达温度限检测温度高停止加热保证温度需范围防止温度高烫伤
224加热技术
图23左右铠装镀膜镍金
（1）电热加热（铠装式）
工作原理：耐高温材质放合金构成缝中均匀排放致密分布结晶氧化镁粉末填充间隙施加电流电流流电阻线产生热量金属温度开始升高热量通表面加热然热量转移水中达预想温度值
优点：量传递效率高发热均匀生产工艺复杂成相低
缺点：容易产生污垢子极易腐蚀
（2）石英加热（镀膜）
工作原理：加热器采乳白色石英玻璃特殊处理耐腐蚀合成材料 身特点进行高效率转换吸收升高中温度会产生纯硅氧键分子振动95％见光红外光转换成热转移水中实现加热
优点分析：传递量效率高物体增温均匀生产工艺简单成较低
缺点： 耐快速冷耐热性差容易破裂泄漏耐压性长期会衰减
（3）镍金加热
工作原理：身镍含量极高普通加热丝法达放入水中进行加温工作环境隔离层绝缘层中间
优点：量达99传递效率会产生杂质适合种水环境
劣点：价格高工作适合需添加隔电墙防止强电
23章结
章通热水器加热方式安全技术温控方面研究热水器进行初步解面实验设计做铺垫特整系统智控制做准备
3温控系统硬件电路设计
图31控制系统总体框架图
温控系统控制构成：温度检测模块单片机控制系统键盘显示电路引擎控制单元组成设计中AT89C52单片机控制器形成热水器水温微控制系统设计中该传感器置单级温度敏感传感器DS18B20该传感器确定水温负责检测水压转换模拟信号方面通LED显示前温度水位设定温度水位进行较计算根结果发送适加热冷指令调节热水器温度
31系统应电路
图32 AT89C52外部脚排列图
AT89C52包括40引脚关AT89C52外部脚排列介绍：
VCC：提供电压电流容器知电池电源
gnd：指接般作点位0导线通常说防止发生触电
P0组成锁存器输入缓器非门门切换开关8位漏极开路型双IO口p0三功：作数总线作址总线扩展时候作I O端口法拉电阻作外部外部扩展存储器数址总线时候p0输入信号然信号会通引脚进入缓器达部总线p0端口工作时候写入1时候高电阻会作引脚作访问外部程序数存储器时时p0具拉电阻
P1：结构相简单仅仅作数输入者输出端口作p0端口p1端口部拉电阻换p0端口场效应v1部总线发出输出信息
表31 P1口部分引脚第二功表
引脚号
第二功
P10
T2（定时器计数器T2外部计数输入）时钟输出
P11
T2 EX（定时器计数器T2捕捉重载触发信号方控制）
P15
MOSI（系统编程）
P16
MISO（系统编程）
P17
SCK（系统编程）
P2端口：着8引脚作作：1输出输入引脚2外接存储器3址总线高八位8引脚部电路结构样没差p2作输出时候数会cpu部总线送锁存器会步锁存器cl送写信号然通列处理p2端口引脚输出作输入端时候时cpu首先会p2写作1时关闭p2端输出电路cpu送读引脚信号然三态门开数送部总线
P3端口：着8引脚作作：1输出输入引脚2第二功8引脚部电路结构样没差p3作输出时候cpu开始工作首先锁存器送写信号然部总线信息通d进入锁存器然q输出 作输入端口时候cpu开始工作锁储器写1时关闭p3端输出电路cpu送读引脚信号然三态门开数送部总线
作第二功时候实际该端口输入输出信号特殊功信号具体见图
表32 P3口引脚第二功表
引脚号
第二功
P30
RXD（串行输入）
P31
TXD（串行输出）
P32
(外部中断0)
P33
(外部中断1)
P34
T0（定时器0外部输入）
P35
T1（定时器1外部输入）
P36
WR(外部数存储器写选通)
P37
RD(外部数存储器写选通)
RST：RESET信号通常带CPU电路中意味着复位初始化 RESET信号启动时初始化电路RESET信号电路工作状态异常消失时必须重启电路
ALEPROG：单片机需扩展外部机存储存时候ale控制控制P0口输出低8位址送锁存器锁存器
PSEN ：PSEN读取外部程序存储器门控信号
AT89S52存储器：
a程序存储器
程序存储器般说专门程序常熟存放时候程序常熟放入时候系统运行法重写关闭系统电源程序会丢失 称读存储器
b数存储器
数存储构成读写存储器ram作运行中间数结果等at89c52存储器容量扩展64kb
AT89S52中6中断源：两外部中断（）定时器3三分定时中断串行中断中断源效效方法位置者删特殊寄存器中相关中断
表33功表关中断允许控制器
符号
位址
功
EA
IE7
中断总允许控制位EA0中断总禁止
EA1中断控制设定
—
IE6
预留
ET2
IE5
定时器2中断允许控制位
ES
IE4
串行口中断允许控制位
ET1
IE3
定时器1中断允许控制位
EX1
IE2
外部中断1允许控制位
ET0
IE1
定时器0中断允许控制位
EX0
IE0
外部中断1允许控制位
电源复位振荡电路扩展部分等部分组成系统
图 33 系统电路图
复位电路：复位功重新启动微控制器保证程序出现混乱失控崩溃整系统进入初始化状态方便面工作展开保证系统稳点电路中复位整系统会重启恢复身设定默认值晶振存振荡电路中作非常结合单片机电路产生单片机需时钟频率提供频率越高单片机运行速度越迅速切指令晶振提供时钟频率
晶振存振荡电路单片机系统晶体等效电感电容器部形成振荡环路量电感电容缓慢然电容器电感然形成振荡正半周期电容器充电放电程负半周期电感器充电放电程
图34 振荡电路图
32测温电路
次设计中DS18B20温度传感器测量范围较广－55＋125摄氏度间合适线路简单体积节约空间应场合改变外观精度较准确达05℃具定简化电路作通读取DS18B20数字传感器数线数通定运算实现前温度读取
图35 测温电路接线图
33显示屏输出电路
表34 显示屏引脚说明
引脚号
功
第1脚
VSS电源
第2脚
VDD接5V正电源
第3脚
VL液晶显示器度调整段接正电源时度弱接时度高度高时会产生鬼影时通10K电位器调整度
第4脚
RS寄存器选择高电时选择数寄存器低电时选择指令寄存器
第5脚
RW读写信号线高电时进行读操作低电时进行写操作
第6脚
E端端E端高电跳变低电时液晶模块执行命令
第7~14脚
D0~D7位8位双数线
第15脚
背光源正极
第16脚
背光源负极
图36连接显示电路
34键电路
键电路调整温度限
图37键电路
35蜂鸣器报警电路
报警器IO口P33连报警器形成报警电路通IO输入高低电控制报警器响铃P33位低电时报警蜂鸣器报警电路图38(a)(b)
图38蜂鸣器报警电路(a)
图38蜂鸣器报警电路(b)
36 电机升降温电路
工作机制前温度高设定温度峰值时Moter1降温电机工作前温度低设定限时Moter2升温电机工作电机升降温电路图39示
图39 电机升降温电路
4 基PID控制算法温控系统软件设计
41 程序流程设计
图41工作流程
首先编写程序先设定需温度限定工作时候开始温度传感器开始获取前温度信息传入单片机中时判断前温度否满足需温度满足条件时候分两种情况：超预想温度高值低预想温度低值超高值时候红灯亮起加热开关断开温度降低正常范围结束工作二低设定温度低值黄灯亮起启电机升高温度达需温度温度满足设定区间整流程结束
void main()
{
Init_Display_String() 初始化显示
Read_Temperature() 读取温度
MOTOR_control02() 电机控制
delay1ms(1000) 延时1秒
wr_com(0x01) LCD清屏
Display_Temperature() 显示温度
Timer0_init()
while(1)
{
Read_Temperature() 读取温度
Display_Temperature() 显示温度
if(Detect0)MOTOR_control01() 电机控制
else MOTOR_control02() 电机停止
if(Adjust_TH0) 调节TH
{
if(Key_up0)
{
Temperature_H+10
if(Temperature_H>350)Temperature_H350
while(Key_up0)Display_Temperature()
}
if(Key_dn0)
{
Temperature_H10
if(Temperature_H<250)Temperature_H250
while(Key_up0)Display_Temperature()
}
}
if(Adjust_TL0) 调节TL
{
if(Key_up0)
{
Temperature_L+10
if(Temperature_L>250)Temperature_L250
while(Key_up0)Display_Temperature()
}
if(Key_dn0)
{
Temperature_L10
if(Temperature_L<150)Temperature_H150
while(Key_up0)Display_Temperature()
}
}void Timer1()interrupt 2
{
TCON0X04
IE0X84
}
}
411温度采集子程序
开始
初始化命令
跳ROM命令
温度转换命令
初始化命令
匹配ROM命令
发送64位序列号
读取温度值
温度数处理
结束
图42温度采集子程序流程
开始温度采集dsb18b20需进行匹配romdsb18b20需匹配dsb18b20转换代买实际温度值然开始执行温度转化命令进行初始化重新匹配rom发出低字节8位产品类型标号dsb18b2028h接着48位指 dsb18b20身序列号8位前面56循环冗余校验码读取温度确切值发达数处整程结束
void Display_String(u8 *p) 显示
{
while(*p＇＼0＇)
{
wr_dat(*p)
p++
delay1ms(10)
}
}
void Init_Display_String() 初始化显示
{
lcd_init()
wr_com(0x80)
Display_String(Have a nice day)
wr_com(0xc0)
Display_String( 202003625 )
}
412温度处理显示子程序
DS18B20测温子程序
读取温度低位值
读取温度高位值
温度值计算
显示温度
准备读取温度值
返回
图43 温度处理显示子程序流程图
Ds18b2发出低字节8位产品类型标号dsb18b2028h接着48位指 dsb18b20身序列号8位前面56循环冗余校验码读取温度确切值发达数处整程结束
void delay_18B20(u8 i) 延时i微秒
{
for(i>0i)
}
void ds1820rst() *ds1820复位*
{
u8 x0
DQ 1 DQ复位
u8 i0
u8 dat 0
for (i8i>0i)
{
DQ 0 脉信号
dat>>1
DQ 1 脉信号
if(DQ)
dat|0x80
delay_18B20(10)
}
return(dat)
}
void ds1820wr(u8 wdata) *写数*
{
u8 i0
for (i8 i>0 i)
{
DQ 0
DQ wdata&0x01
delay_18B20(10)
DQ 1
wdata>>1
}
}
void Read_Temperature() *读取温度值转换*
{
u8 ab
ds1820rst()
ds1820wr(0xcc) *跳读序列号*
ds1820wr(0x44) *启动温度转换*
ds1820rst()
ds1820wr(0xcc) *跳读序列号*
ds1820wr(0xbe) *读取温度*
ads1820rd()
bds1820rd()
Temperaturea+b*256
if(Temperature<0x0fff)Temperature_flag0
else
{
Temperature~Temperature+1
Temperature_flag1
}
TemperatureTemperature*(0625)温度值扩10倍精确1位数
}
*******************************************************************
void Display_Temperature()温度值显示
{
disdata[0]Temperature1000+0x30 百位数
disdata[1]Temperature10010+0x30 十位数
disdata[2]Temperature1010+0x30 位数
disdata[3]Temperature10+0x30 数位
wr_com(0x80)
Display_String(str1)
if(Temperature_flag1)wr_dat(0x2d) 显示符号位
if(disdata[0]0x30)wr_dat(disdata[0]) 显示百位
wr_dat(disdata[1]) 显示十位
wr_dat(disdata[2]) 显示位
wr_dat(0x2e) 显示数点
wr_dat(disdata[3]) 显示数位
wr_dat(＇C＇)
if(Set_Clock0)
{
Display_String( CLK)
wr_dat(Clock_Timer10+0x30)
wr_dat(Clock_Timer10+0x30)
}
wr_com(0xc0)
Display_String(str2)
wr_dat(Temperature_H100+0x30)
wr_dat(Temperature_H1010+0x30)
wr_dat(＇C＇)
Display_String(str3)
wr_dat(Temperature_L100+0x30)
wr_dat(Temperature_L1010+0x30)
wr_dat(＇C＇)
}
413升降温程序LED显示子程序
调温报警子程序
读取温度子程序
灯亮
返回
返回
返回
降温电机工作红灯亮
升温电机工作黄灯亮
设定范围？
否值
Yes
No
No
Yes
图44升降温程序LED显示子程序流程图
首先读取温度数然判定否设定温度区间温度区间（yes）结束 温度设定区间（no）折开始判断否值值话降温电机工作红灯亮达正常温度没值话升温电机工作黄灯亮温度达需范围停止工作返回
42PID参数整定
KPKIKPpid算法中重三控制参数已知系统传递函数时界例度法整定系统PID参数具体程示：
（1）建设闭环回路求出稳定极限
（2）根公式计算参数
文开环相应曲线求出系统似传递函数传递函数式示：
（式41）
表41pid控制器特征数
控制器类型
计算特征数
Kp
Ti
Td
P
05*K
PD
08*K
PI
045*K
085*T
PID
06*K
05*T
012*T
第步先创建闭环系统采取阶跃输入然适pid控制
图示：
图45 系统单闭环传递函数响应曲线
首先积分系数微分系数设0仅进行例控制调整P参数系统出现稳定恒定振幅振荡时获图示响应曲线：
46 系统界震荡响应曲线
图知界振荡增益：K15界振荡周期T3031 S详细PID计算式参数：
（式42）
输入相应PID参数仿真输出：
图47 系统PID调节响应曲线
421 控制算法设计
加热非线性时间变化系统次控制系统中选择智控制算法pid该算法定温度实际温度间率然设定kp ki三控制
获算法结果控制执行器执行状态显着改善控制系统控制时间超调滞反应终稳定性
43 PID参数整定
通常pid控制算法中启决定性作分KPKIKP三控制参数已知系统传递函数时界例度法整定系统PID参数具体程示：
（1）构造闭环确定稳定性极限
（2）根公式计算控制器参数
开环相应曲线求出系统似传递函数传递函数式示：
（式43）
原始P决定系统稳定性极限 旦两参数确定表确定参数
表42 稳点极限计算
控制器类型
计算特征数
Kp
Ti
Td
P
05*K
PD
08*K
PI
045*K
085*T
PID
06*K
05*T
012*T
第步先步进输入建立带PID控制器闭环系统仿真输出图示：
图48 系统单闭环传递函数响应曲线
首先积分系数微分系数设0仅进行例控制调整P参数系统具稳定恒定振幅振荡 时获图示响应曲线：
图49 系统界震荡响应曲线
图知界振荡增益：K15界振荡周期T3031 S详细PID计算式参数：
输入应PID参数仿真输出：
图410 系统PID调节响应曲线
431 PID参数微调
图46输出结果出系统然存定量基础减积分系数进行微调例系数微分系数曲线图示
图411 系统PID响应曲线
面仿真结果知系统升时间250 S系统600S左右达稳定超调量较PID调节效果较理想
5系统调试
51调试程
次仿真中keil u Vision仿真器首先先汇编语言keil函数库c语言编写文件放起然创建生成文件库转换hex文件导入写入cpu存储器中
电路设计制作完成先keil u Vision仿真器进行调试
（1）菜单ProjectNew Project出现话框然建立工程取名字单击保存会出现外话框选择系统单片机型号系统单片机型号AT89c52选中回工程窗口页面开Tatget层Source Group 1单机右键选中Add file to group Source Group 1’出现话框选择系统源文件
（2）单击ProjectTarget 1出现话框选中Target页面修改单片机频率项Xtal(MHz）12选中Out put页面选中Create HEX选项
（3）编译连接通ProjectRebuild all Target Files实现
（4）Protues画出电路图keil生成Hex文件调入电路中单片机点击运行
52调试结果
图51仿真温度高设定温度
连接电路图程序hex文件植入单片机单片机开始运行时ds18b20设置温度32高低温度设3020时系统判定温度高设定限时Moter1降温电机工作红灯亮直温度恢复工作停止
图52仿真温度低设定温度
设置温度32高低温度设3020时系统判定温度高低限时Moter1升温电机工作黄灯亮直温度恢复工作停止
6总结
次毕业设计花费三月开始迷茫懂较熟练软件进行操作次温控系统at89c52单片机核心搭配电路pid算法形成通储水式热水器实时温控系统进行研究通分析前技术方法软件系统部结构采精确控制方法进行系统修正仅简化程序控制获更快系统响应速度精度次课设没采取式高深控制理通计算机语言解决遇问题工法解决取良效果
ds18b20温度掌控温度控制利低功耗单线数字温度传感器DS18B20实现温度采样采样温度值通送入单片机处理然实现水温控制利键水温值进行设置温度高限者低限蜂鸣器报警保持温度定范围稳定报警器IO口连报警器形成报警电路通IO输入高低电控制报警器响铃位低电时报警系统led显示水温正常说需水温度超100采取两位显示温度范围099
次毕业设计中仅学知识更方法技巧前调试仿真画电路图迷惑浪费量时间效率高现通系列学校提高效率段期间老师帮助解决工程遇困难提升意志力专业更深认识会道路坚定基础积累宝贵验
参考文献
[1]陈娟 基STC12C5A60S2智循迹车设计[J] 湖南工业职业技术学院学报 2012(04)1416
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[32]璐琨 需求侧聚合负荷协控制策略研究[D]华北电力学(北京)2019
附录材料
编号
名称
型号
单位
数量
备注
1
芯片
AT89C52
片
1
2
液晶显示器
LCD1602
1
3
轻触开关
3
4
晶振
12MHz
1
5
电容
33pF
3
6
电阻
15
7
电机
200V
块
2
8
三极
PNP
2
9
三极
NPN
1
10
喇叭
1V
1
11
二极
2V
2
附录二程序
#include
#define u8 unsigned char
#define u16 unsigned int
#define line01 0x80
#define line02 0xc0
#define DATA_BUS P0
sbit DQP2^7 ds18b20单片机连接口
sbit ENP2^0 lcd1602控制
sbit RSP2^1 lcd1602单片机控制接口
sbit RWP2^2 lcd1602控制
sbit DetectP3^2 检测否
sbit MOTOR1P2^4 电机1控制端
sbit MOTOR2P2^5 电机2控制端
sbit LED0P1^0 电机慢速指示
sbit LED1P1^1 电机快速指示
sbit Set_ClockP1^5 调定时控制
sbit Adjust_TLP1^6 调TL控制
sbit Adjust_THP1^7 调TH控制
sbit Key_upP3^6 +1操作键
sbit Key_dnP3^7 1操作键
u8 code str1[]{TR}
u8 code str2[]{TH}
u8 code str3[]{ TL}
u8 disdata[5]
u16 Temperature 检测温度(扩10倍）
u16 Temperature_H300 预设高温控制温度(扩10倍）
u16 Temperature_L200 预设低温控制温度(扩10倍）
u8 Clock_Timer30 预设定时30分钟
u8 Temperature_flag 温度正负标志
*************************lcd1602程序**************************
void delay1ms(u16 ms) 非精确延时1毫秒
{
u8 ij
for(ms>0ms)
for(i2i>0i)
for(j250j>0j)
}
void wr_com(u8 com) LCD1602写指令
{
delay1ms(1)
EN0
RS0
RW0
DATA_BUScom
delay1ms(1)
EN1
delay1ms(1)
EN0
}
void wr_dat(u8 dat) LCD1602写数
{
delay1ms(1)
RS1
RW0
EN0
DATA_BUSdat
delay1ms(1)
EN1
delay1ms(1)
EN0
}
void lcd_init() 初始化设置
{
delay1ms(15)
wr_com(0x38)delay1ms(5)
wr_com(0x08)delay1ms(5)
wr_com(0x01)delay1ms(5)
wr_com(0x06)delay1ms(5)
wr_com(0x0c)delay1ms(5)
}
void Display_String(u8 *p) 显示
{
while(*p＇＼0＇)
{
wr_dat(*p)
p++
delay1ms(10)
}
}
void Init_Display_String() 初始化显示
{
lcd_init()
wr_com(0x80)
Display_String(Have a nice day)
wr_com(0xc0)
Display_String( 20200329 )
}
******************************ds1820程序***************************************
void delay_18B20(u8 i) 延时i微秒
{
for(i>0i)
}
void ds1820rst() *ds1820复位*
{
u8 x0
DQ 1 DQ复位
delay_18B20(4) 延时
DQ 0 DQ拉低
delay_18B20(100) 精确延时480us
DQ 1 拉高
delay_18B20(40)
}
u8 ds1820rd() *读数*
{
u8 i0
u8 dat 0
for (i8i>0i)
{
DQ 0 脉信号
dat>>1
DQ 1 脉信号
if(DQ)
dat|0x80
delay_18B20(10)
}
return(dat)
}
void ds1820wr(u8 wdata) *写数*
{
u8 i0
for (i8 i>0 i)
{
DQ 0
DQ wdata&0x01
delay_18B20(10)
DQ 1
wdata>>1
}
}
void Read_Temperature() *读取温度值转换*
{
u8 ab
ds1820rst()
ds1820wr(0xcc) *跳读序列号*
ds1820wr(0x44) *启动温度转换*
ds1820rst()
ds1820wr(0xcc) *跳读序列号*
ds1820wr(0xbe) *读取温度*
ads1820rd()
bds1820rd()
Temperaturea+b*256
if(Temperature<0x0fff)Temperature_flag0
else
{
Temperature~Temperature+1
Temperature_flag1
}
TemperatureTemperature*(0625)温度值扩10倍精确1位数
}
*******************************************************************
void Display_Temperature()温度值显示
{
disdata[0]Temperature1000+0x30 百位数
disdata[1]Temperature10010+0x30 十位数
disdata[2]Temperature1010+0x30 位数
disdata[3]Temperature10+0x30 数位
wr_com(0x80)
Display_String(str1)
if(Temperature_flag1)wr_dat(0x2d) 显示符号位
if(disdata[0]0x30)wr_dat(disdata[0]) 显示百位
wr_dat(disdata[1]) 显示十位
wr_dat(disdata[2]) 显示位
wr_dat(0x2e) 显示数点
wr_dat(disdata[3]) 显示数位
wr_dat(＇C＇)
if(Set_Clock0)
{
Display_String( CLK)
wr_dat(Clock_Timer10+0x30)
wr_dat(Clock_Timer10+0x30)
}
wr_com(0xc0)
Display_String(str2)
wr_dat(Temperature_H100+0x30)
wr_dat(Temperature_H1010+0x30)
wr_dat(＇C＇)
Display_String(str3)
wr_dat(Temperature_L100+0x30)
wr_dat(Temperature_L1010+0x30)
wr_dat(＇C＇)
}
void MOTOR_control01()
{
if(Temperature>Temperature_H) TH电机全速
{
MOTOR10
MOTOR21
LED01
LED10
}
else if(Temperature>Temperature_L) THTL电机半速
{
MOTOR11
MOTOR21
LED01
LED10
}
else TL电机关闭
{
MOTOR11
MOTOR20
LED01
LED11
}
}
void MOTOR_control02() 关闭电机
{
MOTOR11
MOTOR21
LED01
LED11
}
void Timer0_init(void)
{
TMOD0x01
TH0(6553610000)256 里10000应该50000加快仿真效果加速5倍
TL0(6553610000)256
TR01
ET01
EA1
}
********************程序***********************************
void main()
{
Init_Display_String() 初始化显示
Read_Temperature() 读取温度
MOTOR_control02() 电机控制
delay1ms(1000) 延时1秒
wr_com(0x01) LCD清屏
Display_Temperature() 显示温度
Timer0_init()
while(1)
{
Read_Temperature() 读取温度
Display_Temperature() 显示温度
if(Detect0)MOTOR_control01() 电机控制
else MOTOR_control02() 电机停止
if(Adjust_TH0) 调节TH
{
if(Key_up0)
{
Temperature_H+10
if(Temperature_H>350)Temperature_H350
while(Key_up0)Display_Temperature()
}
if(Key_dn0)
{
Temperature_H10
if(Temperature_H<250)Temperature_H250
while(Key_up0)Display_Temperature()
}
}
if(Adjust_TL0) 调节TL
{
if(Key_up0)
{
Temperature_L+10
if(Temperature_L>250)Temperature_L250
while(Key_up0)Display_Temperature()
}
if(Key_dn0)
{
Temperature_L10
if(Temperature_L<150)Temperature_H150
while(Key_up0)Display_Temperature()
}
}
if(Set_Clock0) 调节定时
{
if(Key_up0)
{
EA0
Clock_Timer++
if(Clock_Timer>90)Clock_Timer90
while(Key_up0)Display_Temperature()
EA1
}
if(Key_dn0)
{
EA0
Clock_Timer
if(Clock_Timer>90)Clock_Timer0
while(Key_up0)Display_Temperature()
EA1
}
if(Clock_Timer0)MOTOR_control02() 定时模式定时电机停止
}
}
}
void Timer0()interrupt 1 定时器0定时模式控制电机工作
{
u8 isec Clock_Timer
TH0(6553610000)256 里10000应该50000加快仿真效果加速5倍
TL0(6553610000)256
i++
if(i>20)
{
i0
sec++
if(sec>60)
{
sec0
Clock_Timer
if(Clock_Timer0)Clock_Timer0
}
}
}
附录三英文文献
附录四英文文献翻译
加热炉温度模型预测模糊PID控制
摘：传统PID控制方案中度限制整体控制性理想基种背景文提出种继承模糊PID控制预测函数控制优点新型PID控制方法加热炉温度模型进行试验PFC框架基础引入模糊PID控制获优控制律进种改进PID控制策略加热炉温度模型例常规PID控制模糊适应PID控制相证明提出PID控制方案效性
关键词：预测函数控制模糊控制PID控制温度调节
1简介
传统PID控制结构简单适应性强等优点种工业程中广泛应时变非线性影响性意难获精确程模型采传统PID控制难进步获改进控制效果[12]PID控制研究提出未停止典整定方法[36]Zhang等预测函数控制（PFC）常规PID控制相结合提出种新PID控制器工业分馏塔进行性测试[7]工业加热炉温度具非线性时滞时变性等特点控制难度非线性控制方法模糊控制时滞控制滑模控制神元模型适应PID等模糊控制广泛应非线性控制中基模糊集模糊逻辑模糊推理复杂系统[12]采模糊控制算法适应系统仅控制系统更加获良控制性[13]模糊控制具强适应性需精确控程模型克服传统PID控制缺点模糊控制PID控制结合起
模型设备失配缺陷通预测控制中出现预测误差补偿[1415]基非线性系统输出误差预测时变预测PID控制器解决般预测PID控制器系统约束条件设计问题[16]模糊控制预测控制相结合利模糊推理预测误差进行补偿[1719]
模糊控制技术适应控制滑模控制方法相结合应汽车悬架系统取较控制效果控制参数选择验控制规优化没实现[2022]
文目继承模糊PID控制PFC控制优点基础提出种新PID控制方法基先验信息建立预测模型作程动态预测基模型测量值预测值间误差作确定性预测信息利模糊推理线修正PID参数满足条件求结果表明该控制器仅实现良动态设定点踪具良抗干扰力
文结构第二节中建立预测模型然出模糊PID控制器设计第三节加热炉程进行模拟结见第4节
2预测模糊PID控制
预测模糊PID控制系统预测控制两部分组成预测盘预测炉时刻温度控制部分采模糊PID控制预测输出接目标值预测模糊PID控制系统结构图1示
图1模糊PID控制系统结构
21预测模型
时刻kP步进输出预测应接定目标理想曲线整控制器设计中PFC思想起预测作参系统控制
PFC预测模型阶模型
中Tm时滞Tkm分程模型时间常数增益零阶保持器离散模型微分方程：
中Ts采样时间LTT分割部分
预测控制PFC求控制性控制输入结构关PFC中新控制函数表示已知基函数线性组合基函数阶跃函数斜率函数等文选取阶跃函数作基函数根阶跃函数
根PFC根前信息未控制动作推导出程时域预测输出值L0然预测模型未P步输出值示：
ym（k+P）amymp（k）+Km（1（4）中alym（k）模型响应k（1模型强迫响应
消干扰模型象失配影响（4）预测值进行反馈校正：
修正预测误差
22模糊PID控制
模糊控制赖控模型语言变量描述系统特性数值变量基系统动态信息模糊规推理合适控制控制精度理想基础模糊控制良动态踪力PID良稳定性结合起
误差E变化率EC输入二输入三输出模糊控制器设计：
中K KKd模糊PID参数
K＇K＇K＇d修正模糊PID参数Ak Ak
Acd确定参数控制结构图1示
23预测模糊PID控制器设计
（a） 域语言变量设置
采二输入三输出模糊控制器PID参数进行整定选择输入模糊变量误差E误差变化率EC输出模糊变量AKAKAKd[33][33][0303]
[006 006][3 3]模糊语言集[NBNMNSZOPSPMPB]
（b） 成员函数设置
形状隶属函数会控制性产生影响选择模糊变量隶属函数时误差较时采低分辨率模糊集误差接零时采高分辨率模糊集文输入语言变量输出语言变量分采三角隶属函数乙状隶属函数成员函数
中y校正预测值ym（k+ik）k+l时间瞬间模型输出值yr参考轨迹c设定值11Tr滑子0<1Ts采样时间Tr预期闭环响应时间y（k）时间瞬间k实际程输出
L 0基Smith预估器时PFC然L0模型系统输出需修改：
式中Y＇pm（k）修正程输出值
输入EEC输出Ak Ak Ak作
图2成员函数
（c） 控制规集
模糊控制工程设计中技术知识实践验进行总结建立合适模糊规表设计二输入三输出模糊PID控制器控制规见表1[24]表1模糊规表
3案例研究
里采加热炉模型
模糊PID控制中模糊域选[3 3][3 31[03
分03006006331定量子选取ke0001k ec0001例子选取k0001ki0008ka128里T30采模整定方法PID参数K21667Ki00033100设定值300输出扰动幅值5
里较PID控制模糊PID（FPID）预测模糊PID（PFPID）仿真结果图4表2示
图4干扰时闭环响应
图4出PFPID控制器超调振荡输出响应波动较PFPID控制系统响应时间快抗干扰力强超调量振荡较结果表明PID模糊PID控制系统相系统整体控制性改善
4结
FPID控制器预测控制相结合提出种新预测模糊PID控制器提出基模糊规PFCPID设计方法仿真结果表明该控制器模糊PID传统PID更效踪目标相PFPID控制FPID控制PID控制具较超调量较短升时间
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基PID控制算法热水器智控制系统设计——温控系统设计
基PID控制算法热水器智控制系统设计
——温控系统设计
摘
社会热水器分热式储水式控制方面分两种机械式电子式两种控制机械式温度动控制着互相约束造成调节温度时候方便电子式较完整控制结构设置功率加热体然通控制芯片相关软件实现水温控制克服机械式足点
次设计利单片机分析热水器温度控制基础整系统分温度测量温度报警温度加热单片机等功模块控制象储水式热水器通控制施加电阻线电压工作时间进行功率传输功率转换热量升高水温次设计题单片机重组成通体pid动控制算法实现热水器动控制次设计特点总体造价低温度控制精度较理想抗住外界干扰性安全性保证通流量变化快速调整温度系统具校正力操作环境解决出口水温差异
关键词：智控制PID控制实时温控
Design of Intelligent Control System of Water Heater Based on PID Control Algorithm
——Design of Temperature Control System
Abstract
In today＇s society the water heaters we use are divided into instantheating type and waterstorage type and there are also two types in their control mechanical electronic type Under these two different controls the mechanical type has inherently different mutual constraints on the automatic temperature control which makes it inconvenient when adjusting the temperature The electronic type has a relatively complete control structure and a number of different highpower heating bodies are installed and then the water temperature control is achieved through the control chip and related software to overcome the mechanical shortcomings
This design uses the single chip microcomputer to analyze the temperature control of the water heater and divides the whole system into several functional modules such as temperature measurement temperature alarm temperature heating and single chip microcomputer The control object is a storage water heater which controls the working time of the voltage applied to the resistance line to transmit power thereby converting this power into heat and increasing the water temperature The design theme of this time is based on the singlechip microcomputer The automatic control algorithm of the pid is realized through the main body pid automatic control algorithm and the overall cost of this design feature is low and the accuracy in temperature control is also ideal which can resist the outside world The reliability and safety of the interference use can be guaranteed And the temperature can be quickly adjusted by the flow rate change and because the system has the ability to selfcorrect the difference in operating environment can solve the difference in outlet water temperature
Keywords Intelligent control PID control realtime temperature control
目 录
1绪 1
11器智控制系统设计研究意义目 1
12国外热水器系统控制研究现状 1
13研究容 2
2 热水器智控制系统总体方案设计 3
21实时温控系统控制原理 3
22总体方案设计 4
221加热控制系统 5
222水路系统 5
223安全系统 5
224加热技术 5
23章结 6
3温控系统硬件电路设计 7
31系统应电路 7
32测温电路 11
33显示屏输出电路 11
34键电路 12
35蜂鸣器报警电路 12
36 电机升降温电路 13
4 基PID控制算法温控系统软件设计 14
41 程序流程设计 14
411温度采集子程序 17
412温度处理显示子程序 18
413升降温程序LED显示子程序 22
42PID参数整定 22
421 控制算法设计 24
43 PID参数整定 25
431 PID参数微调 27
5系统调试 28
51调试程 28
52调试结果 28
6总结 30
参考文献 31
谢 辞 33
附录材料 34
附录二程序 34
附录三英文文献 45
附录四英文文献翻译 50
1 绪
11器智控制系统设计研究意义目
着世界科技发展世界国源问题越越受重视热水器已成成生活必少储水式电热水器污染储水量等特点 众代源中受青睐储水式工作时候环保节功率方面求低国部分家庭均储水式电热水器发达国家早已普遍国情况没发生改变数着太阳热水器天着国济快速发展储水式热水器会国面积国区水压情况样加热时造成热水器时造成影响温度调节时水温法达消费者带少麻烦课题研究象通PID控制算法热水器智控制系统设计储水式热水器问题较改善
12国外热水器系统控制研究现状
电热水器热式储水式数家储水式热水器热式热水器特点：
1需预热储水量
2安全性般家庭线路负载
3部相较简单维修时较方便
4样容积价格十分低廉
5预热时间长加热相较慢
热水器国外数竖式国横式竖式加热速度快出水率高层冷水样设计减少冷水热水击符合国外生活惯相横式热水器储水量洗澡时舒适感加强
热水器控制面基单片机温度测控系统检测控制系统中应越越广泛基础国外电热水器温度基测量动检测温度控够精准
温度控制技术机械式：通种组合实现功率切换拥显示温度水位功达温度水位动控制功然通调节水流量决定控制温度调节时候流量功率相互约束造成调节温度方法简便存方式般手动控制
然热水器产品中添加电加热辅助装置功智存缺陷户体验带感觉例常热水器中设置23功率加热水进行加热温度控制程中通水流量控制进行调整流量调节温度调节间存影响误差时候法温度流量时获满足温度法做流量变化做微调整该技术存足
电子式：机械式处完整控制结构温度传感器流量传感器设置功率加热体然通控制芯片相关软件实现水温控制方式解决流量调节温度调节间存影响误差流量改变会水温产生变化完成流量温度控制解决机械方式缺点国外市场认
PID控制例积分微分控制结构简单稳定性极佳易配置通常法完全理解掌握控制象结构参数者法建立精确数学模型时检测时获结果时通控制理计算难接受目前PID控制技术简便底盘温度控制系统广泛化学机械工程机械工程制药行业试运行调试程中化工产品符合生产工艺生产求具广阔应前景外控制行性前温度值前温度趋势总量进行采样方便控制系统快速识提高响应速度减少温度稳定时间
根优缺点选择pid温度控制系统水温稳定定设计误差提供合适热水器解决方案课题重点研究储水式电热水器
13研究容
通面描述储水式热水器优缺点分析国温度控制情况解现储水式热水器缺陷 问题温度控制精准性高稳定性般法快速加热满足日常需求通PID控制算法热水器温控系统控制系统相关影响参数实现快速升温时刻保证温度恒定续会通材料选择已电路分析pid参数调整进步温控系统更加智化简单化
2 热水器智控制系统总体方案设计
21实时温控系统控制原理
量守恒定律
设置流量传感器温度传感器放入储水热水器进水端通单片机获取水温度流量值然算出量值温度提升需数值通公式出加热温度时候需功率通单片机控制引脚功率转换加热器
QCm△T Mpv （式21）
表21公式定义
C
热容
焦千克•摄氏度
M
水质量
kg
△t
水温变化量
°C
p
水密度
kgm3
根流量定义知推出
P4200×流量X △T／60(流量单位L／min) （式22）
系统中水温达求温度根述公式计算需功率达需温度值减少程序中单片机工作量事先算记升高摄氏度需量然罗列种数工作时候单片机检测流量直接系统需基础功率然提供需功率
PID控制原理
pid控制基原理介绍
例环节：基础例环节缺点较容易产生稳态误差
积分环节：消稳态误差缺点增加超调量
微分环节：加惯性响应速度减弱超调趋势
图21典型闭环控制系统
闭环控制系统传递函数C(S)R(S)K1D(S)K2G(S)1+K1D(S)K2G(S) （式23）
完美情况 R（s）C（s）传递函数1程消息处理需定时间传递函数：
c(s)RSe−τs （式24）
22总体方案设计
图22结构系统原理图
表22系统结构作
1
开关阀门（流量调节关断）
2
安全阀
3
接导体
4
温度传感器
5
流量传感器
6
隔离水电阻
7
加热丝
8
加热罐
9
高温保护器
10
继电器
11
控制中心
12
电流互感器
221加热控制系统
加热系统单位组合：
温度传感器：基控制精确温度快速响应特点采取集成芯片普通电阻型塑封NTC成低廉
镍金加热丝：热交换效率高实现采取体积镣金加热丝身储备热视突发断水情况会发生温度
继电器：继电器接收控制中心控制信号决定否加热丝进行通断
222水路系统
开关阀设置水路系统中开关阀起着重作 仅开关闭水路作流量调节调节器作动触发控制中心工作输入端口 户开开关整机器会启动进入工作状态需操作获预先设定水温
223安全系统
隔电墙：出水进水进隔离水电阻工作220V降安全电压
接导体：水中电压存适合接导体保证电压0保证安全
防干烧：温度高者局部高温时候手动控制器断开电路起保护作
防烫伤：设置温度传感器检测否达温度限检测温度高停止加热保证温度需范围防止温度高烫伤
224加热技术
图23左右铠装镀膜镍金
（1）电热加热（铠装式）
工作原理：耐高温材质放合金构成缝中均匀排放致密分布结晶氧化镁粉末填充间隙施加电流电流流电阻线产生热量金属温度开始升高热量通表面加热然热量转移水中达预想温度值
优点：量传递效率高发热均匀生产工艺复杂成相低
缺点：容易产生污垢子极易腐蚀
（2）石英加热（镀膜）
工作原理：加热器采乳白色石英玻璃特殊处理耐腐蚀合成材料 身特点进行高效率转换吸收升高中温度会产生纯硅氧键分子振动95％见光红外光转换成热转移水中实现加热
优点分析：传递量效率高物体增温均匀生产工艺简单成较低
缺点： 耐快速冷耐热性差容易破裂泄漏耐压性长期会衰减
（3）镍金加热
工作原理：身镍含量极高普通加热丝法达放入水中进行加温工作环境隔离层绝缘层中间
优点：量达99传递效率会产生杂质适合种水环境
劣点：价格高工作适合需添加隔电墙防止强电
23章结
章通热水器加热方式安全技术温控方面研究热水器进行初步解面实验设计做铺垫特整系统智控制做准备
3温控系统硬件电路设计
图31控制系统总体框架图
温控系统控制构成：温度检测模块单片机控制系统键盘显示电路引擎控制单元组成设计中AT89C52单片机控制器形成热水器水温微控制系统设计中该传感器置单级温度敏感传感器DS18B20该传感器确定水温负责检测水压转换模拟信号方面通LED显示前温度水位设定温度水位进行较计算根结果发送适加热冷指令调节热水器温度
31系统应电路
图32 AT89C52外部脚排列图
AT89C52包括40引脚关AT89C52外部脚排列介绍：
VCC：提供电压电流容器知电池电源
gnd：指接般作点位0导线通常说防止发生触电
P0组成锁存器输入缓器非门门切换开关8位漏极开路型双IO口p0三功：作数总线作址总线扩展时候作I O端口法拉电阻作外部外部扩展存储器数址总线时候p0输入信号然信号会通引脚进入缓器达部总线p0端口工作时候写入1时候高电阻会作引脚作访问外部程序数存储器时时p0具拉电阻
P1：结构相简单仅仅作数输入者输出端口作p0端口p1端口部拉电阻换p0端口场效应v1部总线发出输出信息
表31 P1口部分引脚第二功表
引脚号
第二功
P10
T2（定时器计数器T2外部计数输入）时钟输出
P11
T2 EX（定时器计数器T2捕捉重载触发信号方控制）
P15
MOSI（系统编程）
P16
MISO（系统编程）
P17
SCK（系统编程）
P2端口：着8引脚作作：1输出输入引脚2外接存储器3址总线高八位8引脚部电路结构样没差p2作输出时候数会cpu部总线送锁存器会步锁存器cl送写信号然通列处理p2端口引脚输出作输入端时候时cpu首先会p2写作1时关闭p2端输出电路cpu送读引脚信号然三态门开数送部总线
P3端口：着8引脚作作：1输出输入引脚2第二功8引脚部电路结构样没差p3作输出时候cpu开始工作首先锁存器送写信号然部总线信息通d进入锁存器然q输出 作输入端口时候cpu开始工作锁储器写1时关闭p3端输出电路cpu送读引脚信号然三态门开数送部总线
作第二功时候实际该端口输入输出信号特殊功信号具体见图
表32 P3口引脚第二功表
引脚号
第二功
P30
RXD（串行输入）
P31
TXD（串行输出）
P32
(外部中断0)
P33
(外部中断1)
P34
T0（定时器0外部输入）
P35
T1（定时器1外部输入）
P36
WR(外部数存储器写选通)
P37
RD(外部数存储器写选通)
RST：RESET信号通常带CPU电路中意味着复位初始化 RESET信号启动时初始化电路RESET信号电路工作状态异常消失时必须重启电路
ALEPROG：单片机需扩展外部机存储存时候ale控制控制P0口输出低8位址送锁存器锁存器
PSEN ：PSEN读取外部程序存储器门控信号
AT89S52存储器：
a程序存储器
程序存储器般说专门程序常熟存放时候程序常熟放入时候系统运行法重写关闭系统电源程序会丢失 称读存储器
b数存储器
数存储构成读写存储器ram作运行中间数结果等at89c52存储器容量扩展64kb
AT89S52中6中断源：两外部中断（）定时器3三分定时中断串行中断中断源效效方法位置者删特殊寄存器中相关中断
表33功表关中断允许控制器
符号
位址
功
EA
IE7
中断总允许控制位EA0中断总禁止
EA1中断控制设定
—
IE6
预留
ET2
IE5
定时器2中断允许控制位
ES
IE4
串行口中断允许控制位
ET1
IE3
定时器1中断允许控制位
EX1
IE2
外部中断1允许控制位
ET0
IE1
定时器0中断允许控制位
EX0
IE0
外部中断1允许控制位
电源复位振荡电路扩展部分等部分组成系统
图 33 系统电路图
复位电路：复位功重新启动微控制器保证程序出现混乱失控崩溃整系统进入初始化状态方便面工作展开保证系统稳点电路中复位整系统会重启恢复身设定默认值晶振存振荡电路中作非常结合单片机电路产生单片机需时钟频率提供频率越高单片机运行速度越迅速切指令晶振提供时钟频率
晶振存振荡电路单片机系统晶体等效电感电容器部形成振荡环路量电感电容缓慢然电容器电感然形成振荡正半周期电容器充电放电程负半周期电感器充电放电程
图34 振荡电路图
32测温电路
次设计中DS18B20温度传感器测量范围较广－55＋125摄氏度间合适线路简单体积节约空间应场合改变外观精度较准确达05℃具定简化电路作通读取DS18B20数字传感器数线数通定运算实现前温度读取
图35 测温电路接线图
33显示屏输出电路
表34 显示屏引脚说明
引脚号
功
第1脚
VSS电源
第2脚
VDD接5V正电源
第3脚
VL液晶显示器度调整段接正电源时度弱接时度高度高时会产生鬼影时通10K电位器调整度
第4脚
RS寄存器选择高电时选择数寄存器低电时选择指令寄存器
第5脚
RW读写信号线高电时进行读操作低电时进行写操作
第6脚
E端端E端高电跳变低电时液晶模块执行命令
第7~14脚
D0~D7位8位双数线
第15脚
背光源正极
第16脚
背光源负极
图36连接显示电路
34键电路
键电路调整温度限
图37键电路
35蜂鸣器报警电路
报警器IO口P33连报警器形成报警电路通IO输入高低电控制报警器响铃P33位低电时报警蜂鸣器报警电路图38(a)(b)
图38蜂鸣器报警电路(a)
图38蜂鸣器报警电路(b)
36 电机升降温电路
工作机制前温度高设定温度峰值时Moter1降温电机工作前温度低设定限时Moter2升温电机工作电机升降温电路图39示
图39 电机升降温电路
4 基PID控制算法温控系统软件设计
41 程序流程设计
图41工作流程
首先编写程序先设定需温度限定工作时候开始温度传感器开始获取前温度信息传入单片机中时判断前温度否满足需温度满足条件时候分两种情况：超预想温度高值低预想温度低值超高值时候红灯亮起加热开关断开温度降低正常范围结束工作二低设定温度低值黄灯亮起启电机升高温度达需温度温度满足设定区间整流程结束
void main()
{
Init_Display_String() 初始化显示
Read_Temperature() 读取温度
MOTOR_control02() 电机控制
delay1ms(1000) 延时1秒
wr_com(0x01) LCD清屏
Display_Temperature() 显示温度
Timer0_init()
while(1)
{
Read_Temperature() 读取温度
Display_Temperature() 显示温度
if(Detect0)MOTOR_control01() 电机控制
else MOTOR_control02() 电机停止
if(Adjust_TH0) 调节TH
{
if(Key_up0)
{
Temperature_H+10
if(Temperature_H>350)Temperature_H350
while(Key_up0)Display_Temperature()
}
if(Key_dn0)
{
Temperature_H10
if(Temperature_H<250)Temperature_H250
while(Key_up0)Display_Temperature()
}
}
if(Adjust_TL0) 调节TL
{
if(Key_up0)
{
Temperature_L+10
if(Temperature_L>250)Temperature_L250
while(Key_up0)Display_Temperature()
}
if(Key_dn0)
{
Temperature_L10
if(Temperature_L<150)Temperature_H150
while(Key_up0)Display_Temperature()
}
}void Timer1()interrupt 2
{
TCON0X04
IE0X84
}
}
411温度采集子程序
开始
初始化命令
跳ROM命令
温度转换命令
初始化命令
匹配ROM命令
发送64位序列号
读取温度值
温度数处理
结束
图42温度采集子程序流程
开始温度采集dsb18b20需进行匹配romdsb18b20需匹配dsb18b20转换代买实际温度值然开始执行温度转化命令进行初始化重新匹配rom发出低字节8位产品类型标号dsb18b2028h接着48位指 dsb18b20身序列号8位前面56循环冗余校验码读取温度确切值发达数处整程结束
void Display_String(u8 *p) 显示
{
while(*p＇＼0＇)
{
wr_dat(*p)
p++
delay1ms(10)
}
}
void Init_Display_String() 初始化显示
{
lcd_init()
wr_com(0x80)
Display_String(Have a nice day)
wr_com(0xc0)
Display_String( 202003625 )
}
412温度处理显示子程序
DS18B20测温子程序
读取温度低位值
读取温度高位值
温度值计算
显示温度
准备读取温度值
返回
图43 温度处理显示子程序流程图
Ds18b2发出低字节8位产品类型标号dsb18b2028h接着48位指 dsb18b20身序列号8位前面56循环冗余校验码读取温度确切值发达数处整程结束
void delay_18B20(u8 i) 延时i微秒
{
for(i>0i)
}
void ds1820rst() *ds1820复位*
{
u8 x0
DQ 1 DQ复位
u8 i0
u8 dat 0
for (i8i>0i)
{
DQ 0 脉信号
dat>>1
DQ 1 脉信号
if(DQ)
dat|0x80
delay_18B20(10)
}
return(dat)
}
void ds1820wr(u8 wdata) *写数*
{
u8 i0
for (i8 i>0 i)
{
DQ 0
DQ wdata&0x01
delay_18B20(10)
DQ 1
wdata>>1
}
}
void Read_Temperature() *读取温度值转换*
{
u8 ab
ds1820rst()
ds1820wr(0xcc) *跳读序列号*
ds1820wr(0x44) *启动温度转换*
ds1820rst()
ds1820wr(0xcc) *跳读序列号*
ds1820wr(0xbe) *读取温度*
ads1820rd()
bds1820rd()
Temperaturea+b*256
if(Temperature<0x0fff)Temperature_flag0
else
{
Temperature~Temperature+1
Temperature_flag1
}
TemperatureTemperature*(0625)温度值扩10倍精确1位数
}
*******************************************************************
void Display_Temperature()温度值显示
{
disdata[0]Temperature1000+0x30 百位数
disdata[1]Temperature10010+0x30 十位数
disdata[2]Temperature1010+0x30 位数
disdata[3]Temperature10+0x30 数位
wr_com(0x80)
Display_String(str1)
if(Temperature_flag1)wr_dat(0x2d) 显示符号位
if(disdata[0]0x30)wr_dat(disdata[0]) 显示百位
wr_dat(disdata[1]) 显示十位
wr_dat(disdata[2]) 显示位
wr_dat(0x2e) 显示数点
wr_dat(disdata[3]) 显示数位
wr_dat(＇C＇)
if(Set_Clock0)
{
Display_String( CLK)
wr_dat(Clock_Timer10+0x30)
wr_dat(Clock_Timer10+0x30)
}
wr_com(0xc0)
Display_String(str2)
wr_dat(Temperature_H100+0x30)
wr_dat(Temperature_H1010+0x30)
wr_dat(＇C＇)
Display_String(str3)
wr_dat(Temperature_L100+0x30)
wr_dat(Temperature_L1010+0x30)
wr_dat(＇C＇)
}
413升降温程序LED显示子程序
调温报警子程序
读取温度子程序
灯亮
返回
返回
返回
降温电机工作红灯亮
升温电机工作黄灯亮
设定范围？
否值
Yes
No
No
Yes
图44升降温程序LED显示子程序流程图
首先读取温度数然判定否设定温度区间温度区间（yes）结束 温度设定区间（no）折开始判断否值值话降温电机工作红灯亮达正常温度没值话升温电机工作黄灯亮温度达需范围停止工作返回
42PID参数整定
KPKIKPpid算法中重三控制参数已知系统传递函数时界例度法整定系统PID参数具体程示：
（1）建设闭环回路求出稳定极限
（2）根公式计算参数
文开环相应曲线求出系统似传递函数传递函数式示：
（式41）
表41pid控制器特征数
控制器类型
计算特征数
Kp
Ti
Td
P
05*K
PD
08*K
PI
045*K
085*T
PID
06*K
05*T
012*T
第步先创建闭环系统采取阶跃输入然适pid控制
图示：
图45 系统单闭环传递函数响应曲线
首先积分系数微分系数设0仅进行例控制调整P参数系统出现稳定恒定振幅振荡时获图示响应曲线：
46 系统界震荡响应曲线
图知界振荡增益：K15界振荡周期T3031 S详细PID计算式参数：
（式42）
输入相应PID参数仿真输出：
图47 系统PID调节响应曲线
421 控制算法设计
加热非线性时间变化系统次控制系统中选择智控制算法pid该算法定温度实际温度间率然设定kp ki三控制
获算法结果控制执行器执行状态显着改善控制系统控制时间超调滞反应终稳定性
43 PID参数整定
通常pid控制算法中启决定性作分KPKIKP三控制参数已知系统传递函数时界例度法整定系统PID参数具体程示：
（1）构造闭环确定稳定性极限
（2）根公式计算控制器参数
开环相应曲线求出系统似传递函数传递函数式示：
（式43）
原始P决定系统稳定性极限 旦两参数确定表确定参数
表42 稳点极限计算
控制器类型
计算特征数
Kp
Ti
Td
P
05*K
PD
08*K
PI
045*K
085*T
PID
06*K
05*T
012*T
第步先步进输入建立带PID控制器闭环系统仿真输出图示：
图48 系统单闭环传递函数响应曲线
首先积分系数微分系数设0仅进行例控制调整P参数系统具稳定恒定振幅振荡 时获图示响应曲线：
图49 系统界震荡响应曲线
图知界振荡增益：K15界振荡周期T3031 S详细PID计算式参数：
输入应PID参数仿真输出：
图410 系统PID调节响应曲线
431 PID参数微调
图46输出结果出系统然存定量基础减积分系数进行微调例系数微分系数曲线图示
图411 系统PID响应曲线
面仿真结果知系统升时间250 S系统600S左右达稳定超调量较PID调节效果较理想
5系统调试
51调试程
次仿真中keil u Vision仿真器首先先汇编语言keil函数库c语言编写文件放起然创建生成文件库转换hex文件导入写入cpu存储器中
电路设计制作完成先keil u Vision仿真器进行调试
（1）菜单ProjectNew Project出现话框然建立工程取名字单击保存会出现外话框选择系统单片机型号系统单片机型号AT89c52选中回工程窗口页面开Tatget层Source Group 1单机右键选中Add file to group Source Group 1’出现话框选择系统源文件
（2）单击ProjectTarget 1出现话框选中Target页面修改单片机频率项Xtal(MHz）12选中Out put页面选中Create HEX选项
（3）编译连接通ProjectRebuild all Target Files实现
（4）Protues画出电路图keil生成Hex文件调入电路中单片机点击运行
52调试结果
图51仿真温度高设定温度
连接电路图程序hex文件植入单片机单片机开始运行时ds18b20设置温度32高低温度设3020时系统判定温度高设定限时Moter1降温电机工作红灯亮直温度恢复工作停止
图52仿真温度低设定温度
设置温度32高低温度设3020时系统判定温度高低限时Moter1升温电机工作黄灯亮直温度恢复工作停止
6总结
次毕业设计花费三月开始迷茫懂较熟练软件进行操作次温控系统at89c52单片机核心搭配电路pid算法形成通储水式热水器实时温控系统进行研究通分析前技术方法软件系统部结构采精确控制方法进行系统修正仅简化程序控制获更快系统响应速度精度次课设没采取式高深控制理通计算机语言解决遇问题工法解决取良效果
ds18b20温度掌控温度控制利低功耗单线数字温度传感器DS18B20实现温度采样采样温度值通送入单片机处理然实现水温控制利键水温值进行设置温度高限者低限蜂鸣器报警保持温度定范围稳定报警器IO口连报警器形成报警电路通IO输入高低电控制报警器响铃位低电时报警系统led显示水温正常说需水温度超100采取两位显示温度范围099
次毕业设计中仅学知识更方法技巧前调试仿真画电路图迷惑浪费量时间效率高现通系列学校提高效率段期间老师帮助解决工程遇困难提升意志力专业更深认识会道路坚定基础积累宝贵验
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附录材料
编号
名称
型号
单位
数量
备注
1
芯片
AT89C52
片
1
2
液晶显示器
LCD1602
1
3
轻触开关
3
4
晶振
12MHz
1
5
电容
33pF
3
6
电阻
15
7
电机
200V
块
2
8
三极
PNP
2
9
三极
NPN
1
10
喇叭
1V
1
11
二极
2V
2
附录二程序
#include
#define u8 unsigned char
#define u16 unsigned int
#define line01 0x80
#define line02 0xc0
#define DATA_BUS P0
sbit DQP2^7 ds18b20单片机连接口
sbit ENP2^0 lcd1602控制
sbit RSP2^1 lcd1602单片机控制接口
sbit RWP2^2 lcd1602控制
sbit DetectP3^2 检测否
sbit MOTOR1P2^4 电机1控制端
sbit MOTOR2P2^5 电机2控制端
sbit LED0P1^0 电机慢速指示
sbit LED1P1^1 电机快速指示
sbit Set_ClockP1^5 调定时控制
sbit Adjust_TLP1^6 调TL控制
sbit Adjust_THP1^7 调TH控制
sbit Key_upP3^6 +1操作键
sbit Key_dnP3^7 1操作键
u8 code str1[]{TR}
u8 code str2[]{TH}
u8 code str3[]{ TL}
u8 disdata[5]
u16 Temperature 检测温度(扩10倍）
u16 Temperature_H300 预设高温控制温度(扩10倍）
u16 Temperature_L200 预设低温控制温度(扩10倍）
u8 Clock_Timer30 预设定时30分钟
u8 Temperature_flag 温度正负标志
*************************lcd1602程序**************************
void delay1ms(u16 ms) 非精确延时1毫秒
{
u8 ij
for(ms>0ms)
for(i2i>0i)
for(j250j>0j)
}
void wr_com(u8 com) LCD1602写指令
{
delay1ms(1)
EN0
RS0
RW0
DATA_BUScom
delay1ms(1)
EN1
delay1ms(1)
EN0
}
void wr_dat(u8 dat) LCD1602写数
{
delay1ms(1)
RS1
RW0
EN0
DATA_BUSdat
delay1ms(1)
EN1
delay1ms(1)
EN0
}
void lcd_init() 初始化设置
{
delay1ms(15)
wr_com(0x38)delay1ms(5)
wr_com(0x08)delay1ms(5)
wr_com(0x01)delay1ms(5)
wr_com(0x06)delay1ms(5)
wr_com(0x0c)delay1ms(5)
}
void Display_String(u8 *p) 显示
{
while(*p＇＼0＇)
{
wr_dat(*p)
p++
delay1ms(10)
}
}
void Init_Display_String() 初始化显示
{
lcd_init()
wr_com(0x80)
Display_String(Have a nice day)
wr_com(0xc0)
Display_String( 20200329 )
}
******************************ds1820程序***************************************
void delay_18B20(u8 i) 延时i微秒
{
for(i>0i)
}
void ds1820rst() *ds1820复位*
{
u8 x0
DQ 1 DQ复位
delay_18B20(4) 延时
DQ 0 DQ拉低
delay_18B20(100) 精确延时480us
DQ 1 拉高
delay_18B20(40)
}
u8 ds1820rd() *读数*
{
u8 i0
u8 dat 0
for (i8i>0i)
{
DQ 0 脉信号
dat>>1
DQ 1 脉信号
if(DQ)
dat|0x80
delay_18B20(10)
}
return(dat)
}
void ds1820wr(u8 wdata) *写数*
{
u8 i0
for (i8 i>0 i)
{
DQ 0
DQ wdata&0x01
delay_18B20(10)
DQ 1
wdata>>1
}
}
void Read_Temperature() *读取温度值转换*
{
u8 ab
ds1820rst()
ds1820wr(0xcc) *跳读序列号*
ds1820wr(0x44) *启动温度转换*
ds1820rst()
ds1820wr(0xcc) *跳读序列号*
ds1820wr(0xbe) *读取温度*
ads1820rd()
bds1820rd()
Temperaturea+b*256
if(Temperature<0x0fff)Temperature_flag0
else
{
Temperature~Temperature+1
Temperature_flag1
}
TemperatureTemperature*(0625)温度值扩10倍精确1位数
}
*******************************************************************
void Display_Temperature()温度值显示
{
disdata[0]Temperature1000+0x30 百位数
disdata[1]Temperature10010+0x30 十位数
disdata[2]Temperature1010+0x30 位数
disdata[3]Temperature10+0x30 数位
wr_com(0x80)
Display_String(str1)
if(Temperature_flag1)wr_dat(0x2d) 显示符号位
if(disdata[0]0x30)wr_dat(disdata[0]) 显示百位
wr_dat(disdata[1]) 显示十位
wr_dat(disdata[2]) 显示位
wr_dat(0x2e) 显示数点
wr_dat(disdata[3]) 显示数位
wr_dat(＇C＇)
if(Set_Clock0)
{
Display_String( CLK)
wr_dat(Clock_Timer10+0x30)
wr_dat(Clock_Timer10+0x30)
}
wr_com(0xc0)
Display_String(str2)
wr_dat(Temperature_H100+0x30)
wr_dat(Temperature_H1010+0x30)
wr_dat(＇C＇)
Display_String(str3)
wr_dat(Temperature_L100+0x30)
wr_dat(Temperature_L1010+0x30)
wr_dat(＇C＇)
}
void MOTOR_control01()
{
if(Temperature>Temperature_H) TH电机全速
{
MOTOR10
MOTOR21
LED01
LED10
}
else if(Temperature>Temperature_L) THTL电机半速
{
MOTOR11
MOTOR21
LED01
LED10
}
else TL电机关闭
{
MOTOR11
MOTOR20
LED01
LED11
}
}
void MOTOR_control02() 关闭电机
{
MOTOR11
MOTOR21
LED01
LED11
}
void Timer0_init(void)
{
TMOD0x01
TH0(6553610000)256 里10000应该50000加快仿真效果加速5倍
TL0(6553610000)256
TR01
ET01
EA1
}
********************程序***********************************
void main()
{
Init_Display_String() 初始化显示
Read_Temperature() 读取温度
MOTOR_control02() 电机控制
delay1ms(1000) 延时1秒
wr_com(0x01) LCD清屏
Display_Temperature() 显示温度
Timer0_init()
while(1)
{
Read_Temperature() 读取温度
Display_Temperature() 显示温度
if(Detect0)MOTOR_control01() 电机控制
else MOTOR_control02() 电机停止
if(Adjust_TH0) 调节TH
{
if(Key_up0)
{
Temperature_H+10
if(Temperature_H>350)Temperature_H350
while(Key_up0)Display_Temperature()
}
if(Key_dn0)
{
Temperature_H10
if(Temperature_H<250)Temperature_H250
while(Key_up0)Display_Temperature()
}
}
if(Adjust_TL0) 调节TL
{
if(Key_up0)
{
Temperature_L+10
if(Temperature_L>250)Temperature_L250
while(Key_up0)Display_Temperature()
}
if(Key_dn0)
{
Temperature_L10
if(Temperature_L<150)Temperature_H150
while(Key_up0)Display_Temperature()
}
}
if(Set_Clock0) 调节定时
{
if(Key_up0)
{
EA0
Clock_Timer++
if(Clock_Timer>90)Clock_Timer90
while(Key_up0)Display_Temperature()
EA1
}
if(Key_dn0)
{
EA0
Clock_Timer
if(Clock_Timer>90)Clock_Timer0
while(Key_up0)Display_Temperature()
EA1
}
if(Clock_Timer0)MOTOR_control02() 定时模式定时电机停止
}
}
}
void Timer0()interrupt 1 定时器0定时模式控制电机工作
{
u8 isec Clock_Timer
TH0(6553610000)256 里10000应该50000加快仿真效果加速5倍
TL0(6553610000)256
i++
if(i>20)
{
i0
sec++
if(sec>60)
{
sec0
Clock_Timer
if(Clock_Timer0)Clock_Timer0
}
}
}
附录三英文文献
附录四英文文献翻译
加热炉温度模型预测模糊PID控制
摘：传统PID控制方案中度限制整体控制性理想基种背景文提出种继承模糊PID控制预测函数控制优点新型PID控制方法加热炉温度模型进行试验PFC框架基础引入模糊PID控制获优控制律进种改进PID控制策略加热炉温度模型例常规PID控制模糊适应PID控制相证明提出PID控制方案效性
关键词：预测函数控制模糊控制PID控制温度调节
1简介
传统PID控制结构简单适应性强等优点种工业程中广泛应时变非线性影响性意难获精确程模型采传统PID控制难进步获改进控制效果[12]PID控制研究提出未停止典整定方法[36]Zhang等预测函数控制（PFC）常规PID控制相结合提出种新PID控制器工业分馏塔进行性测试[7]工业加热炉温度具非线性时滞时变性等特点控制难度非线性控制方法模糊控制时滞控制滑模控制神元模型适应PID等模糊控制广泛应非线性控制中基模糊集模糊逻辑模糊推理复杂系统[12]采模糊控制算法适应系统仅控制系统更加获良控制性[13]模糊控制具强适应性需精确控程模型克服传统PID控制缺点模糊控制PID控制结合起
模型设备失配缺陷通预测控制中出现预测误差补偿[1415]基非线性系统输出误差预测时变预测PID控制器解决般预测PID控制器系统约束条件设计问题[16]模糊控制预测控制相结合利模糊推理预测误差进行补偿[1719]
模糊控制技术适应控制滑模控制方法相结合应汽车悬架系统取较控制效果控制参数选择验控制规优化没实现[2022]
文目继承模糊PID控制PFC控制优点基础提出种新PID控制方法基先验信息建立预测模型作程动态预测基模型测量值预测值间误差作确定性预测信息利模糊推理线修正PID参数满足条件求结果表明该控制器仅实现良动态设定点踪具良抗干扰力
文结构第二节中建立预测模型然出模糊PID控制器设计第三节加热炉程进行模拟结见第4节
2预测模糊PID控制
预测模糊PID控制系统预测控制两部分组成预测盘预测炉时刻温度控制部分采模糊PID控制预测输出接目标值预测模糊PID控制系统结构图1示
图1模糊PID控制系统结构
21预测模型
时刻kP步进输出预测应接定目标理想曲线整控制器设计中PFC思想起预测作参系统控制
PFC预测模型阶模型
中Tm时滞Tkm分程模型时间常数增益零阶保持器离散模型微分方程：
中Ts采样时间LTT分割部分
预测控制PFC求控制性控制输入结构关PFC中新控制函数表示已知基函数线性组合基函数阶跃函数斜率函数等文选取阶跃函数作基函数根阶跃函数
根PFC根前信息未控制动作推导出程时域预测输出值L0然预测模型未P步输出值示：
ym（k+P）amymp（k）+Km（1（4）中alym（k）模型响应k（1模型强迫响应
消干扰模型象失配影响（4）预测值进行反馈校正：
修正预测误差
22模糊PID控制
模糊控制赖控模型语言变量描述系统特性数值变量基系统动态信息模糊规推理合适控制控制精度理想基础模糊控制良动态踪力PID良稳定性结合起
误差E变化率EC输入二输入三输出模糊控制器设计：
中K KKd模糊PID参数
K＇K＇K＇d修正模糊PID参数Ak Ak
Acd确定参数控制结构图1示
23预测模糊PID控制器设计
（a） 域语言变量设置
采二输入三输出模糊控制器PID参数进行整定选择输入模糊变量误差E误差变化率EC输出模糊变量AKAKAKd[33][33][0303]
[006 006][3 3]模糊语言集[NBNMNSZOPSPMPB]
（b） 成员函数设置
形状隶属函数会控制性产生影响选择模糊变量隶属函数时误差较时采低分辨率模糊集误差接零时采高分辨率模糊集文输入语言变量输出语言变量分采三角隶属函数乙状隶属函数成员函数
中y校正预测值ym（k+ik）k+l时间瞬间模型输出值yr参考轨迹c设定值11Tr滑子0<1Ts采样时间Tr预期闭环响应时间y（k）时间瞬间k实际程输出
L 0基Smith预估器时PFC然L0模型系统输出需修改：
式中Y＇pm（k）修正程输出值
输入EEC输出Ak Ak Ak作
图2成员函数
（c） 控制规集
模糊控制工程设计中技术知识实践验进行总结建立合适模糊规表设计二输入三输出模糊PID控制器控制规见表1[24]表1模糊规表
3案例研究
里采加热炉模型
模糊PID控制中模糊域选[3 3][3 31[03
分03006006331定量子选取ke0001k ec0001例子选取k0001ki0008ka128里T30采模整定方法PID参数K21667Ki00033100设定值300输出扰动幅值5
里较PID控制模糊PID（FPID）预测模糊PID（PFPID）仿真结果图4表2示
图4干扰时闭环响应
图4出PFPID控制器超调振荡输出响应波动较PFPID控制系统响应时间快抗干扰力强超调量振荡较结果表明PID模糊PID控制系统相系统整体控制性改善
4结
FPID控制器预测控制相结合提出种新预测模糊PID控制器提出基模糊规PFCPID设计方法仿真结果表明该控制器模糊PID传统PID更效踪目标相PFPID控制FPID控制PID控制具较超调量较短升时间
文献
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