基于单片机系统的模糊控制算法及其优化
模糊控制详细讲解实例
一、速度控制算法： 首先定义速度偏差-50 km/h ≤e （k ）≤50km/h ，-20≤ec （i ）= e （k ）- e （k-1）≤20，阀值e swith =10km/h 设计思想：油门控制采用增量式PID 控制算法,刹车控制采用模糊控制算法，最后通过选择规则进行选择控制量输入。 选择规则： e （k ）<0 ① e （k ）>- e swith and throttlr_1≠0 选择油门控制 ② 否则：先将油门控制量置0，再选择刹车控制 0 基于模糊控制的智能车寻迹算法研究 摘要：与传统的自动控制相比，模糊控制不用建立在被控对象准确的数学模型的基础上。这一特点在非常适用于实际运用中影响因素很多、结构十分复杂系统。其系统有易于接受，设计简单，维护方便，而且比常规控制系统稳定性好，鲁棒性高等特点。因其与本设计实际条件相似，所以选其做智能小车的寻迹算法研究。 关键词智能小车；模糊控制；寻迹算法 ABSTRACT Compared with the traditional automatic control，fuzzy control without based on a accurate mathematical model of controlled object. This feature is suitable for the systems which have many influencing factors and a very complex structure in the practical application. There are many feature in this system:such as easy to accept, the design is simple, convenient maintenance, more stability and robustness than conventional control system，and so on. Because it is similar to the actual conditions of our design, so we choose it for the smart car tracing algorithm. KEY WORDS smart car；fuzzy control；tracing algorithm 基于单片机的模糊温度控制器的设计 1 引言 本文研究的被控对象为某生产过程中用到的恒温箱,按工艺要求需保持箱温100℃恒定不变。我们知道温度控制对象大多具有非线性、时变性、大滞后等特性, 采用常规的PID 控制很难做到参数间的优化组合, 以至使控制响应不能得到良好的动态效果。而模糊控制通过把专家的经验或手动操作人员长期积累的经验总结成的若干条规则,采用简便、快捷、灵活的手段来完成那些用经典和现代控制理论难以完成的自动化和智能化的目标, 但它也有一些需要进一步改进和提高的地方。模糊控制器本身消除系统稳态误差的性能比较差, 难以达到较高的控制精度, 尤其是在离散有限论域设计时更为明显, 并且对于那些时变的、非线性的复杂系统采用模糊控制时, 为了获得良好的控制效果, 必须要求模糊控制器具有较完善的控制规则。这些控制规则是人们对受控过程认识的模糊信息的归纳和操作经验的总结。然而, 由于被控过程的非线性、高阶次、时变性以及随机干扰等因素的影响, 造成模糊控制规则或者粗糙或者不够完善, 都会不同程度的影响控制效果。为了弥补其不足, 本文提出用自适应模糊控制技术,达到模糊控制规则在控制过程中自动调整和完善, 从而使系统的性能不断完善, 以达到预期的效果。 2 自调整模糊控制器的结构及仿真 (1) 控制对象 一般温度可近似用一阶惯性纯滞后环节来表示, 其传递函数为: 式中: K———对象的静态增益; Tc———对象的时间常数; τ———对象的纯滞后时间常数。 本文针对某干燥箱的温度控制, 用Cohn-Coon 公式计算各参数得: K=0.181; Tc=60; τ=20。 ( 2) 自调整模糊控制器的结构 自调整模糊控制器的结构如图1 所示。 模糊控制算法PID 算法比较分析 电气学院 控制理论与控制工程专业 徐磊 学号：10310070 一：题目 对于已知系统的传递函数为: e S S S G 5.01101)(-+= ，假设系统给定为阶跃值R=1，系统的初始值R(0)=0，试分析设计 1〉常规的PID 控制器 2〉常规的模糊控制器 3〉比较两种控制器的控制效果 当通过改变模糊控制器的比例因子时，分析系统响应有什么变化？ 二：思路 对于模糊控制，采用二维输入，分别是误差e 和误差变化率?e,然后通过增益放大，输入到模糊控制器中，然后模糊控制器输出也通过增益放大。模糊控制器的输入、输出论域取值为[-6，6]，隶属度均匀划分为五个区域，隶属度函数采用梯形和三角形函数。 程序框图如下： 三：程序 clear; num=1; den=[10,1]; [a1,b,c,d]=tf2ss(num,den); x=[0]; %状态变量初始 T=0.01; %采样周期 h=T; N=10000; %采样次数 td=0.5; %延时时间 Nd=50; %延时周期 R=1*ones(1,N); % 输入信号 e=0;de=0;ie=0; %误差，误差导数，积分 kp=12.5;ki=0.8;kd=0.01; for k=1:N uu(1,k)=-(kp*e+ki*de+kd*ie); %PID输出序列if k<=Nd u=0; else u=uu(1,k-Nd); end %龙格库塔法仿真 k0=a1*x+b*u; k1=a1*(x+h*k0/2)+b*u; k2=a1*(x+h*k1/2)+b*u; k3=a1*(x+h*k2)+b*u; x=x+(k0+2*k1+2*k2+k3)*h/6; y=c*x+d*u; e1=e; e=y(1,1)-R(1,k); de=(e1-e)/T; ie=ie+e*T; yy1(1,k)=y; end %设计模糊控制器 a=newfis('Simple'); a=addvar(a,'input','e',[-6,6]); a=addmf(a,'input',1,'NB','trapmf',[-6 -6 -5 -3]); a=addmf(a,'input',1,'NS','trapmf',[-5 -3 -2 0]); a=addmf(a,'input',1,'ZR','trimf',[-2 0 2]); a=addmf(a,'input',1,'PS','trapmf',[0 2 3 5]); a=addmf(a,'input',1,'PB','trapmf',[3 5 6 6]); a=addvar(a,'input','de',[-6 6]); 由于项目需要，需要模糊控制算法，之前此类知识为0，经过半个多月的研究，终于有的小进展。开始想从强大的互联网上搜点c代码来研究下，结果搜遍所有搜索引擎都搜不到，以下本人从修改的模糊控制代码，经过自己修改后可在 vc6.0，运行！输入e表示输出误差，ec表示误差变化率，经过测试具有很好的控制效果，对于非线性系统和数学模型难以建立的系统来说有更好的控制效果！现将其公开供大家学习研究！ #include 模糊控制算法的研究 0842812128夏中宇 模糊控制概述 “模糊”是人类感知万物,获取知识,思维推理,决策实施的重要特征。“模糊”比“清晰”所拥有的信息容量更大,内涵更丰富,更符合客观世界。 在日常生活中,人们的思维中有许多模糊的概念,如大、小、冷、热等,都没有明确的内涵和外延,只能用模糊集合来描述。人们常用的经验规则都是用模糊条件语句表达,例如,当我们拧开水阀往水桶里注水时,有这样的经验:桶里没水或水较少时,应开大水阀;桶里水较多时,应将水阀关小些;当水桶里水快满时,则应把阀门关得很小;而水桶里水满时应迅速关掉水阀。其中,“较少”、“较多”、“小一些”、“很小”等,这些表示水位和控制阀门动作的概念都具有模糊性。即有经验的操作人员的控制规则具有相当的模糊性。模糊控制就是利用计算机模拟人的思维方式,按照人的操作规则进行控制,实现人的控制经验。 模糊控制理论是由美国著名的学者加利福尼亚大学教授Zadeh·L·A于1965年首先提出,它以模糊数学为基础,用语言规则表示方法和先进的计算机技术,由模糊推理进行决策的一种高级控制策略。 1974年,英国伦敦大学教授Mamdani·E·H研制成功第一个模糊控制器,充分展示了模糊技术的应用前景。 模糊控制概况 模糊逻辑控制(Fuzzy Logic Control)简称模糊控制(Fuzzy Control)，是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。1965年，美国的L.A.Zadeh 创立了模糊集合论；1973年他给出了模糊逻辑控制的定义和相关的定理。1974年，英国的E.H.Mamdani首先用模糊控制语句组成模糊控制器，并把它应用于锅炉和蒸汽机的控制，在实验室获得成功。这一开拓性的工作标志着模糊控制论的诞生。 模糊控制实质上是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴。模糊控制的一大特点是既具有系统化的理论，又有着大量实际应用背景。模糊控制的发展最初在西方遇到了较大的阻力；然而在东方尤其是在日本，却得到了迅速而广泛的推广应用。近20多年来，模糊控制不论从理论上还是技术上都有了长足的进步，成为自动控制领域中一个非常活跃而又硕果累累的分支。其典型应用的例子涉及生产和生活的许多方面，例如在家用电器设备中有模糊洗衣机、空调、微波炉、吸尘器、照相机和摄录机等；在工业控制领域中有水净化处理、发酵过程、化学反应釜、水泥窑炉等的模糊控制；在专用系统和其它方面有地铁靠站停车、汽车驾驶、电梯、自动扶梯、蒸汽引擎以及机器人的模糊控制等。 模糊控制的基本理论 所谓模糊控制,就是在控制方法上应用模糊集理论、模糊语言变量及模糊逻辑推理的知识来模拟人的模糊思维方法,用计算机实现与操作者相同的控制。该理论以模糊集合、模糊语言变量和模糊逻辑为基础,用比较简单的数学形式直接将人的判断、思维过程表达出来,从而逐渐得到了广泛应用。应用领域包括图像识别、自动机理论、语言研究、控制论以及信号处理等方面。在自动控制领域,以模糊集理论为基础发展起来的模糊控制为将人的控制经验及推理过程纳入自动控制提供了一条便捷途径。 1.知识库 一、速度控制算法： 欧阳歌谷（2021.02.01） 首先定义速度偏差-50 km/h≤e（k）≤50km/h，-20≤ec（i）=e（k）-e（k-1）≤20，阀值eswith=10km/h 设计思想：油门控制采用增量式PID控制算法,刹车控制采用模糊控制算法，最后通过选择规则进行选择控制量输入。 选择规则： e（k）<0 ①e（k）>-eswith and throttlr_1≠0 选择油门控制 ②否则：先将油门控制量置0，再选择刹车控制 0 E/EC和U取相同的隶属度函数即： 说明：边界选择钟形隶属度函数，中间选用三角形隶属度函数，图像略 实际EC和E输入值若超出论域范围，则取相应的端点值。 3.模糊控制规则 由隶属度函数可以得到语言值隶属度（通过图像直接可以看出）如下表： 表1：E/EC和U语言值隶属度向量表 设置模糊规则库如下表： 表2：模糊规则表 3.模糊推理 由模糊规则表3可以知道输入E与EC和输出U的模糊关系，这里我取两个例子做模糊推理如下： if (E is NB) and (EC is NM) then (U is PB) 那么他的模糊关系子矩阵为： 论文标题: 设计PID ，离散化，模糊化控制器 PID 控制器设计 一 PID 控制的基本原理和常用形式及数学模型 具有比例-积分-微分控制规律的控制器，称PID 控制器。这种组合具有三种基本规律各自的特点，其运动方程为： dt t de dt t e t e t m K K K K K d p t i p p )()()()(0 ++=? 相应的传递函数为： ???? ??++=S S s K K K d i p c 1)(D S S S K K K d i p 12++? = 二 数字控制器的连续化设计步骤 假想的连续控制系统的框图 1 设计假想的连续控制器D（s） 由于人们对连续系统的设计方法比较熟悉，对由上图的假想连续控制系统进行设计，如利用连续系统的频率的特性法，根轨迹法等设计出假想的连续控制器D（S）。 2 选择采样周期T 香农采样定理给出了从采样信号到恢复连续信号的最低采样频率。在计算机控制系统中，完成信号恢复功能一般有零阶保持器H（s)来实现。零阶保持器的传递函数为 3将D（S）离散化为D（Z） 将连续控制器D（S）离散化为数字控制器D（Z）的方法很多，如双线性变换法，后向差分法，前向差分法，冲击响应不变法，零极点匹配法，零阶保持法。 双线性变换法 然后D（S）就可以转化离散的D（Z) 三Matlab仿真实验 直接试探法求PID 根据这个框图，求出该传递函数的P=0.35 I=0 D=0 根据 ???? ??++=S S s K K K d i p c 1)(D D （Z ）=0.35 T=0.01 数字连续话PID 控制器设计MA TLAB 仿真框图 实验结果 没有经过调节的结果为 模糊控制的应用 学院实验学院 专业电子信息工程 姓名 指导教师黄静 日期 2011 年 9 月 20 日 在自动控制中，包括经典理论和现代控制理论中有一个共同的特点，即控制器的综合设计都要建立在被控对象准确的数学模型(如微分方程等)的基础上，但是在实际工业生产中，很多系统的影响因素很多，十分复杂。建立精确的数学模型特别困难，甚至是不可能的。这种情况下，模糊控制的诞生就显得意义重大，模糊控制不用建立数学模型，根据实际系统的输入输出的结果数据，参考现场操作人员的运行经验，就可对系统进行实时控制。模糊控制实际上是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴。现代控制系统中的的控制能方便地解决工业领域常见的非线性、时变、在滞后、强耦合、变结构、结束条件苛刻等复杂问题。可编程控制器以其高可靠性、编程方便、耐恶劣环境、功能强大等特性很好地解决了工业控制领域普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题，这两者的结合，可在实际工程中广泛应用。 所谓模糊控制，其定义是是以模糊数学作为理论基础，以人的控制经验作为控制的知识模型，以模糊集合、模糊语言变量以及模糊逻辑推理作为控制算法的一种控制。模糊控制具有以下突出特点： (1)模糊控制是一种基于规则的控制，它直接采用语言型控制规则，出发点是现 场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确的数学模型，因而使得控制机理和策略易于接受与理解，设计简单，便于应用 (2)由工业过程的定性认识出发，比较容易建立语言控制规则，因而模糊控制对 那些数学模型难以获取，动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。 (3)基于模型的控制算法及系统设计方法，由于出发点和性能指标的不同，容易 导致较大差异；但一个系统语言控制规则却具有相对的独立性，利用这些控制规律间的模糊连接，容易找到折中的选择，使控制效果优于常规控制器。 (4)模糊控制是基于启发性的知识及语言决策规则设计的，这有利于模拟人工控 制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具有一定的智能水平。(5)模糊控制系统的鲁棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱， 尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。 由于有着诸多优点，模糊理论在控制领域得到了广泛应用。下面我们就以下示例介绍模糊控制在实际中的应用： 电机调速控制系统见图1，模糊控制器的输入变量为实际转速与转速给定值 ，输出变量为电机的电压变化量u。图2为电机调试之间的差值e及其变化率e c 输出结果，其横坐标为时间轴，纵坐标为转速。当设定转速为2 000r／s时，电机能很快稳定运行于2 000r／s；当设定转速下降到1 000r／s时，转速又很快下降到1 000r／s稳定运行。 图1 单片机模糊控制在电饭煲中的应用 摘要：介绍用新型HT46R47型单片机和模糊控制技术实现的电饭煲。他具有电路简单、成本低廉、节省能源、安全可靠等特点。<--摘 关键词：单片机；模糊逻辑；电路设计；抗干扰；温度采样；电饭煲 目前，市场上的电饭煲大部分采用固定功率的方式加热，能源利用率低、功能单一，难以满足人们的日益增长的生活需求。开发功能齐全、成本低廉、节省能源、安全可靠的微电脑电饭煲，是非常有必要的。 1 电饭煲的工作原理及硬件组成 系统选用以低成本、功耗小、性能良好的8位A／D型HT46R47单片机为控制核心的控制电路。引脚如图1所示。 他的主要特性如下： ·工作电压：f SYS＝4 MHz：2．2～5．5 V； ·13位双向输入／输出口； ·8位带溢出中断的可编程定时／计数器，具有7级预分频器； ·石英晶体或RC振荡器； ·看门狗定时器； ·2 048×14位的程序存储器PROM； ·64×8位的数据存储器RAM； ·在V DD＝5 V且系统时钟为8 MHz时，指令时钟为0．5μs； ·四通道9位的A／D转换器； ·指令执行时间皆为1或2个指令周期低电压复位功能。 1．1 工作原理 电饭煲的工作原理如图2所示。通电后，系统进入待机状态，此时系统可接收用户的功能选择，用户所选功能通过显示电路显示出来，当用户按下确定键时，MCU开始对温度进行监测，对 各种功能进行相应的加热控制，直至功能结束时，发出声音报警提示。 1．2 硬件电路设计 （1）MCU MCU是电饭煲的核心部分，完成数据采集、输入、处理、输出、显示等功能。 （2）测温元件数的热敏电阻。由于热敏电阻值的变化与温度的变化是非线性关系，为了提高温度的测量分辨率和系统的抗干扰性能，设计电路如图3所示。 图3中，R t是负温度系数的热敏电阻；与R1并联后的阻值与温度的变化接近线性关系，提高分辨率；R2起分压作用；O点为测量点：当温度变化时，R t阻值发生变化，O点的电压也跟随变化，测量O点则可测量出温度的变化；C1是防止干扰引起O点的电压突变。 （3）加热执行电路 MCU通过PB1输出方波控制信号，通过电容偶合、整流后送到三极管的B极，放大后驱动继电器工作。这样有方波输出时，继电器接通发热盘电源，没有方波输出时，则断开发热盘电源。 非线性系统模糊控制算法研究 摘要：随着社会科技的进步，系统自动化越来越强，而要强化系统的自动化，就需要对系统控制进行深入的研究。系统控制是我国目前科学研究的一个重要方向，通过基本结构的建立和仿真实验，控制分析的深度会有明显的增加。在系统控制当中，非线性系统的模糊控制是一项重要的内容，通过对此中控制的算法进行分析和研究，可以提供非线性系统模糊控制的有效性。该文就非线性系统控制算法进行研究，旨在分析此系统算法的应用优势，从而强化其在实践中的应用水平。 关键词：非线性系统模糊控制算法研究 中图分类号：TP273.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）04（c）-0196-02 在控制研究中，比较典型的基于受控对象精确模型的控制是古典控制和状态空间模型控制。在实际研究中发现，除去受控对象比较精确的控制外，还存在比较复杂的控制，这种控制的受控对象不明确，所以数学模型的建立相对困难。为了对这种控制进行有效的利用，采用模糊控制算法进行数学模型的建立是主要的方法。因此，积极的对非线性系统模糊控制算法进行研究意义重大。 1 模糊控制的数学描述 模糊控制是控制研究中的重要类别，这种控制不仅是一种实时控制，而且不依赖于受控对象的精确模型，所以说它是一种打破了传统束缚的新型计算机控制。此种控制的产生为解决更加复杂的计算机问题带来了全新的方法。从特征上来看，此种方法对于模型的要求比较低，而且在实际利用中的计算非常简便，控制性能也比较优良。该文在非线性系统中进行模糊控制算法的研究，为了使得研究简便，利用了一个非线性系统的式子： 在这个式子当中，u表示的是输入量，而y则表示输出量，整个式子代表是就是工程实际当中难于建模的一大类复杂受控对象。根据这个式子，确定合适的参考轨迹，控制公式便可以得到书写。 2 模糊控制的算法原理 模糊控制的算法原理是研究的重点内容，在实际分析的过程中主要包括了四个方面：第一是进行非线性系统的模糊模型建立，然后对其进行规范化，使其转变为参数辨识问题。比如在考虑一个SISO非线性系统的时候，将系统的输入空间和输出空间按照精度进行分别的量化，那么系统的特性便会转变为一个特定的公式，整个公式反应了系统的条件，也构成了系统的模糊模型。第二是对模型的在线递推进行修正。为了使得整个控制测算更加的精确，利用全新的信息结 单片机模糊控制节水灌溉系统设计 王晓健 (潍坊职业学院,山东潍坊261031) 摘要 介绍了灌溉控制系统的组成及工作原理,以单片机为核心控制芯片,设计了一套节水灌溉控制系统,并对其决策过程进行了具体分析。 关键词 单片机;模糊规则;节水灌溉中图分类号 S274.2 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2010)01-00365-02Design of Single -chi p M i croco mputer Fuzzy Control Syste m for W ater -s avi ng Irrigati on WANG Xiao -jia n (W e if ang V oca tiona l Co llege ,W e if ang ,Shandong 261031)Abstract The co mpositi on and pri nci ple of i rriga ti on control syst em were i ntroduced .Taki ng si ng le -chi p m icrocomputer as t he co re contro l ch i p ,a contro l syst em for w ater -savi ng irri gati on was designed ,and its decisi on process was ana l yzed i n deta i .l K ey words Si ng l e -ch i p m i croco mputer ;Fuzzy contro;l W ater -savi ng irri gati on 发达国家发展高效农业的一个重要途径是实现灌溉管理的自动化,如美国、日本、以色列等发达国家已采用了先进的灌溉系统。他们采用先进的节水灌溉制度,由传统的充分灌溉向非充分灌溉发展,对灌区用水进行监测预报,实行动态管理,采用遥感技术,监测土壤墒情和作物生长,开发、制造了一系列用途广泛、功能强大的数字式灌溉控制器,并得到了广泛应用。地处干早缺水地带的以色列,是世界上微灌技术发展最具有代表性的国家,目前以色列全国农业土地基本上实现了灌溉管理自动化,并且普遍推行自动控制系统,按时、按量将水、肥直接送入作物根部,水资源利用率和单方 水的粮食产量都相当高 [1] 。我国节水灌溉自动化研究处于 起步阶段,自动化程度低,目前开发的自动灌溉控制系统还 处于研制、试用阶段,并且多数是小规模实验和理论的探讨,开发出来的产品价格较为昂贵。笔者在此介绍的单片机模糊控制节水灌溉系统属于/大规模灌溉工程中计算机监控系统0的一个子课题,即下位机部分,具有重要的现实意义。1 灌溉控制系统的组成及工作原理 该系统通过单片机对微灌工程的主要设备进行监测、控 制,并实现各种信息处理,系统结构如图1所示[2] 。 滴灌系统主要组成及工作原理有5点 [3] 。 图1 灌溉控制系统结构 F i g .1 I rri gati on contro l syste m structure diagra m 作者简介 王晓健(1982-),男,山东安丘人,助教,从事自动控制、电 子技术研究。 收稿日期 2009-08-24 (1)首部包括水泵、过滤器、肥料罐、压力表和流量计等。 其作用是从水源抽水加压(1@105~3@105 Pa);施入化肥溶液(化肥罐容积50~100L),过滤杂质;最后,将水、肥输进干管。 (2)管道系统:包括干管、支管和毛管。干、支管内径一般为37.5~100mm,毛管内径为10mm 左右,均由高压聚乙烯或聚氯乙烯制成。为预防生物堵塞,往往在塑料中添加炭黑,各级管道之间均用二通、三通、四通、旁通连接。 (3)滴头。滴头的作用在于使水流经过微小的孔隙消能,然后成水滴状灌入土壤。 (4)土壤湿度传感器。它是采集数据的主要工具,是实现自动灌溉的重要环节。土壤湿度传感器一般采集土壤的 水吸力大小信号,也叫土壤水分传感器。通过土壤湿度传感器测量土壤湿度,从而了解真正的灌溉需求和土壤的保水能力。 (5)单片机控制系统。如图2所示,它主要由AT MEGA128微处理器、AT45DB161存储芯片、DS1302时钟芯片、MAX232 串行通信芯片等部分组成。 图2 单片机控制系统 F ig .2 Si ng l e -c h i p contro l syste m bloc k d i agra m 单片机控制系统采用AT MEG A 128作为核心控制芯片, 安徽农业科学,Jou r n al ofAnhu iAgr.i Sc.i 2010,38(1):365-366,422责任编辑 金炎 责任校对 傅真治 《智能控制》 课程设计报告 专业：自动化 班级：学号： 学生： 时间：13年12月30日～13年1月3日 ―――――――以下指导教师填写――――― 分项成绩：出勤设计报告 总成绩： 指导教师： 设计报告要求和成绩评定 1 报告容 设计任务书（设计计划），正文，参考资料。 设计任务书（设计计划）由学生所在系安排指导教师编写，容包括设计地点、时间、安排和设计容和要求等。 正文容一般包括：（1）设计简述（设计时间、设计地点，设计方式等）；（2）设计容叙述；（3）设计成品(图纸、表格或计算结果等)；（4）设计小结和建议。 参考资料包括参考书和现场技术资料等。 2 书写用纸 A4复印纸；封面、设计任务书要求双面打印。 3 书写要求 正文容手工双面或单面书写，字迹清楚，每页20行左右，每行30字左右，排列整齐；页码居中写在页面下方；纸面上下左右4侧边距均为2厘米。 公式单占一行居中书写；插图要有图号和图题，图号和图题书写在插图下方；表格要有表号和表题，表号和表题在表格上方书写；物理量单位和符号、参考文献引用和书写以及图纸绘制要符合有关标准规定；有关细节可参考我院《毕业设计成品规》。 4 装订 装订顺序：封面，设计任务书，正文及参考资料，封底；左边为装订边，三钉装订，中间钉反向装订。 5 成绩评定 设计成绩一般由出勤（10分）、报告书写规性及成品质量（50分）、考核（40分）三部分成绩合成后折合为优秀（90－100分）、良好（80－89分）、中（70－79分）、及格（60－69分）或不及格（60分以下）。设计考核可采取笔试、机试或其它合适的方式；不参加考核或不交报告者成绩为零分。 选取一个模糊控制的实例讲解，有文章，有仿真，有详细的推导过程。 一．实验题目：基于模糊控制系统的单级倒立摆 二．实验目的与要求： 倒立摆是联结在小车上的杆，通过小车的运动能保持竖立不倒的一种装置，它是一个典型的非线性、快速、多变量和自然不稳定系统，但是我们可以通过对它施加一定的控制使其稳定。对它的研究在理论上和方法上都有其重要意义。倒立摆的研究不仅要追求增加摆的级数，而且更重要的是如何发展现有的控制方法。同时, 它和火箭的姿态控制以及步行机器 人的稳定控制有很多相似之处，由此研究产生的理论和方法对一般工业过程也有广泛用途。 本文研究了倒立摆的控制机理，用Lagrange 方法推导了一级倒立摆的数学模型，这为研究多级和其它类型的倒立摆甚至更高层次的控制策略奠定了一个良好的基础。对系统进行了稳定性、可控性分析，得出倒立摆系统是一个开环不稳定但可控的系统的结论。 本文主要研究用极点配置、最优控制和模糊控制方法对倒立摆进行稳定控制。最优控制方法是基于状态反馈，但能实现输出指标最优的一种控制方法，方法和参数调节较简单，有着广泛的应用。模糊控制有不依赖于数学模型、适用于非线性系统等优点，所以本文尝试了用模糊控制对倒立摆进行控制，以将先进的控制方法用于实际中。 同时，对倒立摆系统的研究也将遵循从建模到仿真到实控，软硬件结合的系统的控制流程。在这过程中，借助数学工具Matlab7及仿真软件Simulink，作了大量的仿真研究工作，仿真结果表明系统能跟踪输入，并具有较好的抗干扰性。最后对实验室的倒立摆装置进行了软、硬件的调试，获得了较好的控制效果。 三．实验步骤： 1.一级倒立摆系统模型的建立 在忽略了空气阻力、各种摩擦之后（这也是为了保证Lagrange 方程的建立），可 将一级倒立摆系统抽象为由小车和匀质杆组成的系统，本系统设定如下： 小车质量M；摆杆质量m，长为l；小车在x 轴上移动；摆与竖直方向夹角为θ，规定正方向如图所示；加在小车x 轴上的力为F； 基于模糊控制的PID 温度控制器的设计 1、引言 常规PID 控制由于具有原理结构简单、鲁棒性好，可靠性高，容易实现的特点，成为迄今为止应用最广泛的控制算法，并且取得了良好的效果。然而在温度控制系统中，由于被控对象具有非线性、时变、大滞后等特点，且受环境温度等外界诸多因素影响较大，导致难以建立精确的数学模型，难以确定最佳的控制器参数。此时，传统的PID 控制对进一步提高控制对象的质量和精度遇到了极大的困难，难以获得良好的效果。为了克服常规PID 调节器的不足，提高其性能，人们进行了进一步的研究。 模糊控制是智能控制理论的一个分支，近十年来正以它全新的控制方式在控制界受到了极大的重视并得到了迅速发展。与传统的PID 控制方式相比，它具有特别适合于那些难以建立精确数学模型、非线性和大滞后的过程等特点。但是经过深入研究，也会发现基本模糊控制存在着其控制品质粗糙和精度不高等弊病。 因此，本文提出一种将模糊控制和PID 控制相结合起来，通过模糊控制实现PID 参数自适应的方法来控制系统温度。这种Fuzzy- PID 策略，模糊控制的采用不是代替PID 控制，而是对传统控制方式的改进和扩展，它既保持了常规PID 控制系统结构简单、使用方便、鲁棒性强、控制精度高的优点，又采用模糊推理的方法实现了PID 参数P K 、I K 、D K 的在线自整定，兼具了模糊控制灵活性、适应性强的特点，相比单纯的任一种控制效果都要好[6-10]。 2、模糊控制基本理论 模糊控制是利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法。在传统的控制领域 里，控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的最主要关键，系统动态的信息越详细，则越能达到精确控制的目的。然而，对于复杂的系统，由于变量太多，往往难以正确的描述系统的动态，于是工程师便利用各种方法来简化系统动态，以达成控制的目的，但却不尽理想。换言之，传统的控制理论对于明确系统有强 机电工程学院 课程设计报告 课程 题目二阶系统模糊控制算法的研究 专业电气工程及其自动化 姓名 指导教师 学期 2015-2016 二阶系统的模糊控制算法的研究 学生 指导老师: 摘要:模糊控制是以模糊数学为基础发展的，为一些无法建立数学模型或者数学模型相当粗糙的系统提供的一种非线性的控制方法。对于这些系统，模糊控制可以得到比较满意的控制效果，并且能够解决一些无法通过传统方法解决的问题。本文利用 MATLAB模糊控制工具箱设计的模糊控制器来控制一个二阶系统，由给定的控制器的输入和输出变量，输入和输出变量的隶属函数，分析了输入和输出变量之间的关系，设计了模糊控制规则库，并通过 SIMULINK仿真将模糊控制方法与经典的PID控制方法进行对比，分析仿真结果，探讨模糊控制器的隶属函数，控制规则，以及量化因子和比例因子在模糊控制中所起到的作用。 关键字：模糊控制；MATLAB；SIMULINK；PID Research of fuzzy control algorithm of second order systems Undergraduate: Supervisor: Abstract：Fuzzy control, which is based on the fuzzy mathematics, is a new way of nonlinearity control system in which the mathematical model is unable established or the mathematical model is very rough. For these systems, fuzzy control offers users a satisfied control result, and settles down some problems which cannot be solved by traditional methods. This paper aims to introduce how to use a fuzzy controller which is based on the MATLAB fuzzy control toolbox to control a second-order system. In order to fulfill this target, the author firstly defines the input variables, output variables and their membership functions. Then, the author analyzes the relationship between the input variables and output variables, and designs the fuzzy control rule bank. Finally, the author makes a difference between the methods of the classic PID control and the fuzzy control by SIMULINK. Membership function of fuzzy controller, control rules, and the function of quantizes and scale factor in the fuzzy control process are also discussed in this paper. Key words: MATLAB; Fuzzy control; PID;SIMULINK simulation 基于单片机的温室自动控制系统设计 摘要：温度、湿度和coz浓度等是影响作物生长的重要环境因子，为有效进行作物生长的环境控制，针对日光温室的特点，以模糊控制理论为基础，计算机控制技术为平台，设计了一个基于模糊控制技术的计算机温室控制系统；介绍了以Pc机为上位计算机，Mcs一51单片机为核心的智能仪表为下位机的智能温室分布式测控系统的工作原理及主要功能；详细阐述了该系统的软、硬件实现方法；该套控制系统符合我国现阶段的国情且能很好地满足生产要求，成本低，运行可靠，便于推广应用。 关键词：智能温室；计算机分布式自动控制系统；Rs～485通信网络；智能设备；模糊控制 引言：智能化温室是集农业科技的高、精、尖技术和计算机自动控制技术于一体的先进的农业生产设施，是现代农业科技向产业转化的物质基础。它能营造相对独立的作物生长环境，彻底摆脱传统农业对自然环境的高度依赖。随着我国加入wTo，“科技兴省”是使我省在21世纪取得长足发展的必然选择，当然，农业也不例外，河南省作为一个农业大省，如何发展高效、节能、高科技农业以产出高质量、高附加值的农产品对于我省经济的发展起着举足轻重的作用。目前，智能化温室控制系统的研究国内已经受到重视，省内已有采用工控机为控制手段的成套设备，并已投入使用，但其控制成本高，性价比低。本文结合我国国情和生产要求，以单片机为控制核心，研制了智能化温室控制系统，其成本较工控机要低，运行可靠，便于大批量推广。 l控制系统原理与结构设计 本系统原理结构框图如图l所示，它是一个小型的分布式数据采集与控制系统，是由数据采集工作站(下位机)和中心计算机(上位机)组成的控制系统。其中数据采集工作站又由相应的传感器(如温度传感器、湿度传感器、C0z浓度传感器、光照度传感器等)、模拟量输入输出通道、开关量输出通道所组成。工作站既可以独立完成各种信息的采集、预处理及存储任务，又可接受从中心计算机送来的控制参数设置，启动增温降温、加湿除湿、遮阳补光等调控设备．从而按不同要求调控温室的微气候环境。上位机系统机将工作站送来的数据，及时在线地用动态数据、曲线的方式显示起来，并储存在相应的数据库中，一般可以保存一个生长季节的数据，对存储起来的数据，按研究需要，进行分析、统计，可显示、打印成表格或曲线或直方图，同时系统机也向下级机传递控制。该熔焊机主要用于环保型中空壁缠绕给排水／热力管道或煤气管道的热熔连接。这里温度控制是整个控制系统的核心。系统上电时，人工通过按键设置所需的熔接温度，之后系统自动根据设置值与热电偶采集到的实际温度值的差值经过模糊．PID运算后给出控制量，通过控制固态继电器的输出来调节占空比，从而改变电阻丝两端的有效电压来实现对管道熔接温度的自动控制。整个系统以单片机为核心，硬件电路主要由LCD显示电路、键盘接收电路，继电器控制电路、E2PROM外部存储器扩展电路AT24C01A以及看门狗电路MAX813L等组成，其结构框图如图1所示。下面对主要硬件部分作详细介绍。 摘要 本系统以单片机作为控制核心,以模糊控制为主要的控制思想,将原有的依靠模拟电路实现各项功能的直流电源柜改造成数控直流电源柜,调压围在0~250V可调。在本论文中详细的阐述了在本系统中所用到的三相半控桥式整流电路的工作原理,介绍了所选用的MCS一51系列单片机的性能特点;论述了在本系统中所用到的模糊理论,设计了模糊自整定PID参数控制器,将模糊控制运用在单片机控制系统中；本论文对于系统的硬件及软件设计进行了详细的解释,包括三相半控桥主电路的选择、保护电路的设计、触发模块的设计、检测模块的设计等以及软件的控制思想和编程方法；并且提出了对于实验过程中出现的各种干扰情况所给予的相应的抑制措施。本系统的设计顺应了目前国外直流电源朝着数字化发展的趋势,充分利用了单片机的优点,使得通用性得到了提高。在实验过程中使用万利公司生产的INSIGHT52一E型号的单片机仿真器,使用MEDW州开发工具,在WINDOWS环境下进行调试开发,设计完成的直流电源柜基本能够使用。 关键词:电站;电源;单片机;晶闸管;模糊控制 Abstract The control unclear of this system is base on the single chip micro-computer , and use the fuzzy control , transform the dc votager-stabilized power supply based on simulate compenent into a digital one . In this paper , it discussed the theory of three-phase half control ; design the fuzzy controler ; used the fuzzy control in this system . This paper also introduce the plan of hardware and software , including the three-phase circuit、protect circuit、trigger circuit、examine circuit and so in detail . The paper explained the method of control and the thought of software . In regard to the disturb in this system , adopt corresponding methods to avoid it . This system got used to the trend of digital power in the international , used the micro-computer fully , and improve the general use of the power . In the experiment I used the simulator of INSIGHT52-E and the MEDWIN of windows . The experiment is completed in the ship power station institute of ship engine , because work of the laboratory is very busy , there are some disadvantages in this system should be improve . Key words : Power station ; Power ; Single micro-computer ; Thyristor ; Fuzzy control基于模糊控制的智能车寻迹算法研究
基于单片机的模糊温度控制器的设计
模糊控制算法PID算法比较分析
C实现模糊控制算法
模糊控制算法的研究
模糊控制详细讲解实例之欧阳歌谷创作
离散化 Pid 模糊控制算法
模糊控制的应用
单片机模糊控制在电饭煲中得应用
非线性系统模糊控制算法研究
单片机模糊控制节水灌溉系统设计
模糊控制算法研究报告
选取一个模糊控制的实例讲解
模糊控制大作业讲解
二阶系统模糊控制算法研究
基于单片机和模糊控制
单片机模糊控制直流调压系统研究报告