《電機(jī)與拖運(yùn)課程》-基于單片機(jī)控制的他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)方案

...wd......wd......wd...基于單片機(jī)控制的他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)摘要系統(tǒng)采用AT89S52作為控制器(MCU)核心,實(shí)現(xiàn)可控的他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)。核心的電壓控制采用PWM控制IGBT原理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)壓控電壓的功能。同時(shí)運(yùn)用光耦電路實(shí)現(xiàn)大電壓AD采樣?？刂扑惴ㄊ褂媚：齈ID算法，整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)基于RTX51嵌入式多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)〔RTOS〕，最后利用RS232串口實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)通信，調(diào)用MATLAB軟件設(shè)計(jì)GUI接口，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端的PC機(jī)控制。從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，魯棒性，智能化。關(guān)鍵字：AT89S52,PWM,IGBT,MATLAB,RTX51,模糊PID，光耦題目基于單片機(jī)控制的他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)狀況：原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，他勵(lì)Ufn=100V要求：基于MCU控制的勵(lì)磁控制系統(tǒng)具體指標(biāo)：=1\*GB3①輸入電壓A/D閉環(huán)控制=2\*GB3②有鍵盤顯示=3\*GB3③發(fā)電機(jī)輸出電壓可控，各啟動(dòng)階段時(shí)間U輸出可變=4\*GB3④勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)采用功率管，GTR，MOSFET,IGBT等。較高要求：=1\*GB3①擴(kuò)展EEPROM，可存儲(chǔ)參數(shù)=2\*GB3②A/D端采用線性光耦，輸入U(xiǎn)i與系統(tǒng)不共地一、設(shè)計(jì)方案選擇1核心控制單片機(jī)方案一：C8051F020系列單片機(jī)。該單片機(jī)內(nèi)部集成了多種模塊如D/A，A/D,UART等模塊，可以減少我們外圍電路的設(shè)計(jì)。然而其成本較高，對(duì)于我們的系統(tǒng)不需要用到如此高性能的單片機(jī)，故放棄該方案。方案二：FREESCALE系列單片機(jī)。該系列單片機(jī)也是集多種模塊為一體。尤其是集成了PWM模塊，能夠直接編程輸出控制電機(jī)的PWM信號(hào)。然而該系列單片機(jī)的費(fèi)用也相對(duì)較高，因此我們也放棄該單片機(jī)。方案三：采用ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)。由于我們?cè)谡n堂上學(xué)到的大多為51系列單片機(jī)，同時(shí)AT89S52的單片機(jī)也能很好的滿足我們系統(tǒng)的需要。如我們可以通過(guò)其內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生PWM控制信號(hào)等。與此同時(shí)，AT89S52單片機(jī)的價(jià)格低廉，所以我們決定采用AT89S52作為我們的控制核心。2人機(jī)交互模塊方案一：采用數(shù)碼管以及開(kāi)關(guān)式按鍵。采用數(shù)碼管和開(kāi)關(guān)式按鍵的設(shè)計(jì)方案，在軟件設(shè)計(jì)方面會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)單，但是顯示和控制的信息量相對(duì)較小，針對(duì)本系統(tǒng)，我們不采用該設(shè)計(jì)方案。方案二：采用字符型LCD以及矩陣式鍵盤。采用字符型LCD編程方便，且能滿足一定的輸出要求，同時(shí)用矩陣式鍵盤，能增強(qiáng)控制系統(tǒng)的輸入功能。故采用此方案。2A/D轉(zhuǎn)換芯片方案一：采用ADC0809并行8位AD轉(zhuǎn)換芯片。ADC0809使用方便，編程也相對(duì)容易，但是由于采用并口，會(huì)大大占用單片機(jī)的IO口，增加硬件設(shè)計(jì)難度，故放棄此方案。方案二：采用ADC0832串行8位AD轉(zhuǎn)換芯片。ADC0832的接口設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，且在精度方面能滿足我們的需要，轉(zhuǎn)換速度也能滿足要求，故采用此方案。二、設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)：=1\*ROMANI硬件電路設(shè)計(jì)：=1\*GB4㈠發(fā)電機(jī)控制電路針對(duì)發(fā)電機(jī)的工作特性，我們采用控制勵(lì)磁電壓的方法最終完成對(duì)發(fā)電機(jī)輸出電壓的控制，具體推導(dǎo)如下：設(shè)輸出電壓發(fā)電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電樞電流電樞繞組阻值負(fù)載電阻勵(lì)磁電流勵(lì)磁電壓勵(lì)磁回路電阻電勢(shì)常數(shù)主磁通電機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)于輸出電壓當(dāng)忽略磁路飽和為比例常數(shù)，它由直流發(fā)電機(jī)的磁化曲線決定從而得到了與的線性關(guān)系，從而將控制轉(zhuǎn)化為控制對(duì)于的控制我們采用現(xiàn)在單片機(jī)控制的PWM控制方法根據(jù)IGBT的快速通斷以及PWM控制產(chǎn)生平均電壓原理即〔為PWM高電平時(shí)間，為一個(gè)時(shí)鐘周期，為勵(lì)磁繞組額定電壓〕通過(guò)控制PWM的高電平時(shí)間，控制的電壓值即在實(shí)際電路中，我們通過(guò)全橋整流濾波電路，從市電50HZ、220V交流電路得到100V的直流電壓，然后通過(guò)PWM控制信號(hào)控制IGBT管通斷實(shí)現(xiàn)電壓值的控制。根據(jù)電路仿真由于IGBT需要輸入的PWM信號(hào)幅值為5V,而單片機(jī)的I/O端口輸出的電壓幅值無(wú)法到達(dá)。故我們采用電壓對(duì)比器LM311構(gòu)建電壓對(duì)比電路，增大單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力，使單片機(jī)能輸出最高電壓為5V的PWM信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的脈寬調(diào)制。具體電路如下：(圖1PWM控制電路)(圖2PWM控制勵(lì)磁電壓電路)(圖3單片機(jī)輸出電壓變換電路)=2\*GB4㈡AD采樣電路由于發(fā)電機(jī)的輸出電壓值很大，而我們所用的AD轉(zhuǎn)換芯片的參考電壓小于該電壓值。為此我們采用光電耦合電路實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，進(jìn)而能夠?qū)⒑侠淼碾娖诫妷狠斎階D芯片，實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換。采用光電耦合電路不僅能實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，同時(shí)能使輸入端與輸出端不共地，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。經(jīng)過(guò)multism仿真測(cè)試，在110V~220V輸入的情況下光耦的輸出為114mV～224mV之間，為了增大電壓值，我們通過(guò)同相比例放大器將信號(hào)放大20被，使輸入到AD輸入端的電壓信號(hào)的范圍在0～5V之間。在測(cè)試的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)光耦兩端的輸入電壓與輸出電壓之間并不是完全呈線性關(guān)系，為此我們通過(guò)仿真測(cè)試記錄兩端的電壓值，在通過(guò)matlab用一次函數(shù)進(jìn)展曲線擬合，最終得到了光耦輸入電壓與AD輸入的電壓之間的關(guān)系式這樣就實(shí)現(xiàn)了電平轉(zhuǎn)換。通過(guò)8位串行AD芯片ADC0832不僅能減少與單片機(jī)的接口，同時(shí)在精度與轉(zhuǎn)換速度上都能滿足要求。(圖4AD采樣電路)(圖5AD采樣測(cè)試電路)=3\*GB4㈢人機(jī)交互模塊人機(jī)交互模塊我們采用4x4的矩陣式鍵盤，以及LCM1602作為顯示部件。這樣就能增強(qiáng)輸入與輸出功能。具體電路如下(圖6鍵盤顯示電路)=4\*GB4㈣擴(kuò)展模塊為了增強(qiáng)系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)增加了串行通信接口以及外部存儲(chǔ)器EEPROM接口。通過(guò)串行通行接口實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的通信，而通過(guò)EEPROM能存儲(chǔ)系統(tǒng)的一些重要參數(shù)以及保存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。這樣我們就完成了硬件電路設(shè)計(jì)，系統(tǒng)板的總體電路如下：(圖7系統(tǒng)板電路)=2\*ROMANII控制算法設(shè)計(jì)由于采用了AT89S52單片機(jī)，其速度以及精度在一定方面不如一些性能較高的單片機(jī)，為了使我們的系統(tǒng)在現(xiàn)有的硬件電路上彌補(bǔ)這些缺乏，我們將在軟件電路設(shè)計(jì)上下大功夫。1.方案一：開(kāi)環(huán)控制根據(jù)以上分析由于我們采用PWM控制，即控制的大小，而的值可以通過(guò)單片機(jī)的定時(shí)器進(jìn)展控制，進(jìn)而就與控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)。這樣就能使每個(gè)對(duì)應(yīng)著一個(gè)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)比例控制。然而經(jīng)過(guò)測(cè)試，采用開(kāi)環(huán)控制在精度上不能到達(dá)要求，且當(dāng)不是所要求的電壓值時(shí)也無(wú)法調(diào)整，這種方案只有在精度要求不大的情況下才能使用。2.方案二：增量型數(shù)字PID控制PID控制是工程實(shí)際中應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律。問(wèn)世至今70年多年來(lái)，它以其構(gòu)造簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。在模擬控制系統(tǒng)中，模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖如下所示rin〔k〕比例rin〔k〕比例微分積分被控對(duì)象——+++yout(k)(圖8PID控制原理圖)PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值與實(shí)際輸出值構(gòu)成控制偏差：PID的控制規(guī)律為：或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)形式式中--比例系數(shù)；--積分時(shí)間常數(shù)；--微分時(shí)間常數(shù)簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，PID控制器個(gè)校正環(huán)節(jié)的作用如下：=1\*GB2⑴比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。=2\*GB2⑵積分環(huán)節(jié)：主要用于消除警察，提高系統(tǒng)的誤差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)，越大，積分作用越弱，反之那么越強(qiáng)。=3\*GB2⑶微分環(huán)節(jié)：反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)〔變化速率〕，并能在偏差信號(hào)變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。由于MCU控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量。因此，連續(xù)PID控制算法不能直接使用，需要采用離散化方法。因此按模擬PID控制算法，以一系列的采樣時(shí)刻點(diǎn)代表連續(xù)時(shí)間，以矩形法數(shù)值積分近似代替積分，以一階后向差分近似代替微分，即：可得離散PID表達(dá)式：式中，，，為采樣周期，為采樣序號(hào)，和分別為第和第時(shí)刻所得的偏差信號(hào)。如果采用上訴PID控制算法，由于采用全量輸出，每次輸出均與過(guò)去的狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算時(shí)要對(duì)量進(jìn)展累加，MCU輸出控制量對(duì)應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置偏差，如果傳感器出現(xiàn)故障，可能會(huì)出現(xiàn)大幅度變化。的大幅度變化會(huì)引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化。因此會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。為此我們采用增量型PID控制改良上述PID控制。根據(jù)遞推原理可得增量式PID控制算法：這種算法編程方便，易于在MCU上實(shí)現(xiàn)。增量式PID控制算法程序框圖如下開(kāi)場(chǎng)開(kāi)場(chǎng)設(shè)置A，B，C設(shè)初值e(k-1)=e(k-2)=0本次采樣輸入c(k)計(jì)算偏差值e(k)=r(k)-c(k)計(jì)算控制量△u(k)=Ae(k)+Be(k-1)+Ce(k-2)輸出u(k)=u(k-1)+△u(k)為下一時(shí)刻做準(zhǔn)備e(k-1)=e(k-2),e(k)=e(k-1)采樣時(shí)刻到嗎否AD轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)輸出電壓(圖9增量式PID程序控制流程圖)3.方案三：自整定模糊PID控制模糊控制〔FuzzyControl〕是指模糊理論在控制技術(shù)上的應(yīng)用。它用語(yǔ)言變量代替數(shù)學(xué)變量或兩者結(jié)合應(yīng)用；用模糊條件語(yǔ)句來(lái)刻畫變量間的函數(shù)關(guān)系；用模糊算法來(lái)刻畫復(fù)雜關(guān)系，是具有模擬人類學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力的控制系統(tǒng)。模糊控制技術(shù)適用于被控過(guò)程沒(méi)有數(shù)學(xué)模型或很難建設(shè)數(shù)學(xué)模型的工業(yè)過(guò)程，這些過(guò)程參數(shù)變動(dòng)、時(shí)變、呈現(xiàn)極強(qiáng)的非線性特征、并伴有時(shí)變及滯后，這類系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型非常復(fù)雜或基本就不存在，不能用常規(guī)控制方法控制系統(tǒng)。但是因?yàn)槟：刂撇恍枰獪?zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，所以在解決這類問(wèn)題時(shí)更有優(yōu)勢(shì)。3.1、模糊控制系統(tǒng)的組成模糊控制屬于計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的一種形式，因此，模糊控制系統(tǒng)的組成類似于一般的數(shù)字控制系統(tǒng)，其構(gòu)造如圖。A/DA/D模糊控制器D/A執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控機(jī)構(gòu)傳感器+——(圖10模糊控制器原理圖)模糊控制系統(tǒng)一般可分為五個(gè)組成局部：=1\*GB2⑴模糊控制器，是模糊控制系統(tǒng)中的核心局部。=2\*GB2⑵輸入／輸出接口。模糊控制器通過(guò)輸入／輸出接口，從被控對(duì)象獲取數(shù)字量信號(hào)，并將模糊控制器決策的輸出數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換，將其變換為模擬信號(hào)，然后送給被控對(duì)象。=3\*GB2⑶執(zhí)行機(jī)構(gòu)：包括各種交、直流電動(dòng)機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和液壓電動(dòng)機(jī)、液壓缸等。=4\*GB2⑷被控對(duì)象。被控對(duì)象可以是確定的或模糊的、單變量的、有滯后或無(wú)滯后的，也可以是線性的或非線性的、定常的或時(shí)變的，以及具有強(qiáng)藕合和干擾等多種情況。對(duì)于那些難以建設(shè)準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜對(duì)象，更適宜采用模糊控制。=5\*GB2⑸傳感器。傳感器是將被控對(duì)象或各種過(guò)程的非電量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一類裝置。3.2、模糊控制器的基本構(gòu)造模糊控制器的基本構(gòu)造由4個(gè)重要部件組成(見(jiàn)圖)：知識(shí)庫(kù)、模糊推理單元、模糊化輸入接口與去模糊化輸出接口．知識(shí)庫(kù)又包含模糊if-then規(guī)那么庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)，規(guī)那么庫(kù)中的模糊規(guī)那么定義表達(dá)了與鄰域問(wèn)題有關(guān)的專家經(jīng)歷或知識(shí)，而數(shù)據(jù)庫(kù)那么定義隸屬函數(shù)、尺度變化因子以及模糊分級(jí)數(shù)等．推理單元按照這些規(guī)那么和所給的事實(shí)執(zhí)行推理過(guò)程，求得合理的輸出．模糊輸入接口將明確的輸入轉(zhuǎn)換模糊量，并用模糊集合表示，根據(jù)模糊輸入得到控制量，控制量也是模糊量，因此，要求清晰化過(guò)程，把模糊控制量轉(zhuǎn)換為清晰值作為模糊控制器的輸出，去模糊輸出接口就是將模糊的計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為明確的輸出。知識(shí)庫(kù)知識(shí)庫(kù)模糊推理清晰化模糊化(圖11模糊控制器構(gòu)造圖)3.3設(shè)計(jì)模糊控制器的流程3.3.1確定模糊化接口針對(duì)模糊控制器每個(gè)輸入空間定義一個(gè)語(yǔ)言變量。在模糊控制系統(tǒng)中，通常取系統(tǒng)的誤差值e和誤差變化率ec為模糊控制器的兩個(gè)輸入。(1)在e上定義語(yǔ)言變量“誤差E"，在ec上定義語(yǔ)言變量“誤差變化EC〞;(2)定義各語(yǔ)言變量的論域。通常E和EC的論域均設(shè)置為：X=Y=｛-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6}；在輸入量進(jìn)展模糊化之前，需將e和ec的論域變換到E和EC的論域。(3)定義各語(yǔ)言變量的語(yǔ)言值。通常e和ec的取值為：{“正大〞,“正中〞,“正小〞,“零〞,“負(fù)小〞,“負(fù)中〞,“負(fù)大〞}={PB,PM,PS,N0,NS,NM,NB｝。(4)各語(yǔ)言變量的論域上定義其語(yǔ)言值的隸屬函數(shù)。對(duì)比常用的如高斯基函數(shù)，三角基函數(shù)。如下是三角基隸屬函數(shù)的形狀和分布(圖12三角隸屬函數(shù))3.3.2確定模糊控制器的控制規(guī)律在模糊控制中主要適用Mamdani模糊控制模型。Mamdani模糊模型是一種語(yǔ)言模型，利用Mamdani模型構(gòu)成的模糊邏輯系統(tǒng)是指上市一組IF—THEN規(guī)那么，在這組規(guī)那么中，前件變量和厚健變量均為模糊語(yǔ)言集合，其一般形式如下：R:如果x是A1,andy是B1,那么z是C1R2：如果x是A2,andy是B2,那么z是C2………Rn：如果x是An,andy是Bn,那么z是Cn在現(xiàn)有的模糊控制系統(tǒng)中，大多數(shù)均采用這種形式。模糊控制器的控制規(guī)那么是由一組彼此通過(guò)“或〞的關(guān)系連接的條件語(yǔ)句來(lái)描述的。集中每一條模糊條件語(yǔ)句，當(dāng)輸入、輸出語(yǔ)言變量在各自論域上反映各語(yǔ)言值的模糊子集為己知時(shí)，都可以表達(dá)為論域的積集上的模糊關(guān)系，即，計(jì)算出每一條模糊條件語(yǔ)句決定的模糊關(guān)系之后，考慮到每條模糊條件語(yǔ)句間的“或〞關(guān)系，可得描述整個(gè)系統(tǒng)的控制規(guī)那么的總模糊關(guān)系R為：模糊控制規(guī)那么可通過(guò)總結(jié)模糊關(guān)系R的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。3.3.3輸出量的去模糊化有了模糊關(guān)系，那么輸出的語(yǔ)言變量論域上的模糊子集U記為但此時(shí)模糊控制器的輸出是一個(gè)模糊集，它包含控制量的各種信息。但被控對(duì)象僅能承受一個(gè)準(zhǔn)確的控制量，應(yīng)從中選哪一個(gè)控制量世家到被控對(duì)象中去，必須進(jìn)展模糊判決，把模糊量轉(zhuǎn)化成準(zhǔn)確量。把模糊量轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)確量的過(guò)程為清晰化。目前最常用的清晰化方法為最大隸屬法這個(gè)方法是選取隸屬度最大的論域元素為去模糊的結(jié)果。如對(duì)應(yīng)的模糊判決的模糊子集U，那么取該模糊子集中隸屬度最大的那個(gè)元素作為執(zhí)行量，即3.3.4模糊控制查詢表經(jīng)過(guò)模糊化、模糊推理和逆模糊化，對(duì)于一組輸入(e,ec),可以得到控制的輸出ueceu-5-4-3-2-1012345-666666554400-566666554400-466665444400-366665444000-244444420000-144444220000044322000-2-2-41220000-3-3-4-4-42220000-3-3-4-4-430000-3-4-4-5-5-6-640000-4-4-4-4-6-6-650000-4-4-4-5-6-6-660000-4-4-5-6-6-6-6(圖13模糊控制查詢表)該表被存儲(chǔ)在MCU，在線運(yùn)行時(shí)根據(jù)e，ec的實(shí)測(cè)值，查表就能得到控制輸出u。綜上所述，模糊控制器設(shè)計(jì)的步驟可以概括為：確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量確定輸入、輸出的論域總結(jié)模糊控制規(guī)那么選擇推理算法確定模糊化的逆模糊話方法在我們上面的PID控制算法中由于常規(guī)情況下，PID調(diào)節(jié)器不具備有在線調(diào)整參數(shù)的功能，因此不能滿足在不哦他能夠環(huán)境下系統(tǒng)對(duì)參數(shù)的自整定的要求，從而影響其控制效果的進(jìn)一步提高。為此我們?cè)诘玫捷斎腚妷簳r(shí)，實(shí)際上同時(shí)也能得到該采樣時(shí)刻的輸入電壓與上次采樣時(shí)刻的輸入電壓之差。將這兩個(gè)參數(shù)送入模糊控制器，通過(guò)模糊控制器，確定此時(shí)的，，從而實(shí)現(xiàn)PID控制參數(shù)的自整定，提高系統(tǒng)的控制性能。(圖14系統(tǒng)響應(yīng)曲線)PID自整定的設(shè)計(jì)思想是先找出PID三個(gè)參數(shù)與偏差和偏差變化率之間的模糊關(guān)系，在工作中通過(guò)不斷檢測(cè)和，再根據(jù)模糊控制原理對(duì)參數(shù)，，進(jìn)展在線校正，以滿足不同和時(shí)對(duì)控制器參數(shù)的不同要求，而使被控對(duì)象有良好的動(dòng)態(tài)性能，而且計(jì)算量小，易于在MCU實(shí)現(xiàn)。一般情況下，在不同的和下，被控過(guò)程對(duì)參數(shù)，，的自整定可歸納如下。(1)當(dāng)較大，即系統(tǒng)響應(yīng)應(yīng)出入上圖A段時(shí)，為了使系統(tǒng)響應(yīng)具有較好的快速跟蹤性能，并防止因開(kāi)場(chǎng)時(shí)的偏差的瞬間便打，可能引起微分過(guò)飽和，而使控制作用超出許可范圍，應(yīng)取較大的和較小的，同時(shí)為防止系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)較大的超調(diào)，需對(duì)積分作用加以限制，通常取(2)當(dāng)為中等大小時(shí)，即系統(tǒng)響應(yīng)處于B段時(shí)，為使系統(tǒng)具有較小的超調(diào)，應(yīng)取較小的，適當(dāng)?shù)暮?，以保證系統(tǒng)響應(yīng)速度，其中的取值對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)速度影響較大。(3)當(dāng)較小時(shí)，即系統(tǒng)響應(yīng)處于曲線C段時(shí)，為使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性能，應(yīng)取較大的和，同時(shí)為防止系統(tǒng)在設(shè)定值附近出現(xiàn)震蕩，并考慮系統(tǒng)的抗干擾能力。當(dāng)較小時(shí)，值可取大些，通常取為中等大小；當(dāng)較大時(shí)，值應(yīng)取小些。根據(jù)以上的控制規(guī)律，以及模糊控制的設(shè)計(jì)方法，我們采用如下控制方法。(1)采用三角基法建設(shè)，，，，的隸屬函數(shù)，即可得它們的隸屬函數(shù)(圖15E的三角隸屬函數(shù))(圖16EC的三角隸屬函數(shù))(圖17KP、KD、KI的三角隸屬函數(shù))(2)確定模糊控制規(guī)那么表EECKPZSMBZZBMBSBBMBMBBMBBMBSM(圖18KP的模糊控制規(guī)那么)EECKIZSMBZBBZZSBBZZMBBSZBBMSZ(圖19KI的模糊控制規(guī)那么)EECKDZSMBZBBZZSBBZZMBBSZBBMSZ(圖20KD的模糊控制規(guī)那么)(3)根據(jù)模糊控制規(guī)那么確定，，在論域上的模糊集合，即(4)根據(jù)得到的模糊集合采用最大隸屬法去模糊化(5)最后得到了模糊控制查詢表eecukp-5-4-3-2-1012345-666666554400-566666554400-466665444400-366665444000-244444420000-144444220000044322000-2-2-41220000-3-3-4-4-42220000-3-3-4-4-430000-3-4-4-5-5-6-640000-4-4-4-4-6-6-650000-4-4-4-5-6-6-660000-4-4-5-6-6-6-6(圖21ukp的模糊控制查詢表)eecuki-5-4-3-2-1012345-60.60.60.60.60.60.50.50.40.400-50.60.60.60.60.60.50.50.40.400-40.60.60.60.60.50.40.40.40.400-30.60.60.60.60.50.40.40.4000-20.40.40.40.40.40.40.20000-10.40.40.40.40.40.20.2000000.40.40.30.20.2000-0.2-0.2-0.410.20.20000-0.3-0.3-0.4-0.4-0.420.20.20000-0.3-0.3-0.4-0.4-0.430000-0.30.4-0.4-0.5-0.5-0.6-0.640000-0.4-0.4-0.4-0.4-0.6-0.6-0.650000-0.4-0.4-0.4-0.5-0.6-0.6-0.660000-0.4-0.4-0.5-0.6-0.6-0.6-0.6(圖21uki的模糊控制查詢表)eecukd-5-4-3-2-1012345-6333332.52.51100-5333332.52.51100-433332.5222200-333332.5222000-222222210000-1222221100000221.511000-1-1-21110000-1.5-1.5-2-2-22110000-1.5-1.5-2-2-230000-1.5-2-2-2.5-2.5-3-340000-2-2-2-2-3-3-350000-2-2-2-2.5-3-3-360000-2-2-2.5-3-3-3-3(圖22ukd的模糊控制查詢表)模糊PID控制算法程序框圖如下開(kāi)場(chǎng)開(kāi)場(chǎng)AD采樣計(jì)算E及EC準(zhǔn)確量模糊化查模糊表進(jìn)展模糊判決并確定，，增量型PID控制采樣時(shí)刻到嗎(圖23模糊PID程序流程圖)模糊PID控制算法與只采用增量型PID控制的系統(tǒng)響應(yīng)對(duì)比如以以下列圖。顯然用模糊PID控制算法的控制系統(tǒng)的控制效果更為理想。(圖24模糊PID與增量型數(shù)字PID控制性能對(duì)比圖)=3\*ROMANIII軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)的目的是將各個(gè)控制模塊有效的整合起來(lái)。由于使用了AT89S52作為控制核心，其處理速度有限，尤其是本系統(tǒng)的功能較多，故對(duì)于軟件設(shè)計(jì)造成了很大的困難。如果基于傳統(tǒng)的單任務(wù)循環(huán)順序控制機(jī)制的程序設(shè)計(jì)方法進(jìn)展編程的話，對(duì)于本操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性將會(huì)提出很大的挑戰(zhàn)。為此我們引入多任務(wù)機(jī)制進(jìn)展管理，增強(qiáng)系統(tǒng)的使用效率。RTX51Tiny是一種用于8051系列微控制器的多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(REALTIMEOPERATINGSYSTEM)，它可以很容易地在沒(méi)有任何外部存儲(chǔ)器的單片8051系統(tǒng)上運(yùn)行。RTX51Tiny僅支持時(shí)間片輪轉(zhuǎn)任務(wù)切換和使用信號(hào)進(jìn)展任務(wù)切換嗎不支持搶占式的任務(wù)切換，可以并行地利用終端功能，可以強(qiáng)迫一個(gè)任務(wù)等待中斷、超時(shí)、或等待從另一個(gè)任務(wù)或中斷發(fā)出的信號(hào)，但不能進(jìn)展信息處理，也不支持存儲(chǔ)器分配或釋放。采用該實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)作為內(nèi)核，能保證系統(tǒng)對(duì)外界信息以足夠快的速度進(jìn)展相應(yīng)的處理，又能并行運(yùn)行多個(gè)任務(wù)，同時(shí)可以提高應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)效率，縮短系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期。對(duì)于我們的操作系統(tǒng)，軟件主要分為以下幾個(gè)模塊=1