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模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现

作　者: 杨凯锋
导　师: 颜运昌
学　校: 湖南大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 模糊控制 Smith预估器模糊PID 模糊Smith 单片机
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 543次
引　用: 8次
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内容摘要

在工业控制过程中,被控对象通常具有严重的纯滞后、时变性、非线性以及存在种类繁多的干扰,采用常规的PID控制方法,难以获得满意的静、动态性能。模糊控制作为智能控制领域的一个分支,由于其本质是非线性控制和自适应控制,对于纯滞后的参数时变或模型不太精确的复杂控制系统,具有较强的鲁棒性。本文针对温度箱这一典型的具有时滞、大惯性和参数时变特性的控制对象,在模糊控制理论的基础上,重点研究了模糊控制与PID控制相结合的模糊PID控制方法,将模糊参数自整定PID控制应用于温度控制。本文针对温度箱的简化模型,探讨了PID参数的模糊整定规则,进行模糊控制器的设计。通过仿真表明模糊PID控制器具有模糊控制的灵活性、适应性,又具有PID控制的高精度性,使其控制具有很好的鲁棒性和很好的控制效果。本文针对控制对象的纯滞后特性,在具有一阶惯性环节的Smith预估器的基础上,利用模糊控制整定惯性环节参数,使其随被控对象参数变化而变化。然后,结合模糊PID控制与模糊自适应Smith预估控制提出了本文的模糊Smith智能控制方法。本文分别对被控对象的参数发生变化进行了仿真研究,得到了各种情况下惯性环节参数的整定规则,设计了一个实时调整惯性环节参数的自适应机构。通过仿真表明模糊Smith智能控制方法改善了控制品质,使温度箱等温度控制系统的鲁棒性和抗干扰性得到了显著提高。最后,本文研究了模糊Smith智能控制方法在单片机温度控制系统中的实现,系统介绍了以单片机为核心的控制系统的硬件与软件设计。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-9
第1章绪论  9-16
  1．1 课题研究背景  9
  1．2 模糊控制  9-11
    1．2．1 模糊模糊控制的优点  9-10
    1．2．2 模糊模糊控制的研究现状与发展  10-11
  1．3 模糊 PID控制  11-12
  1．4 Smith预估控制及改进算法  12-13
  1．5 模糊 Smith智能控制方法  13
  1．6 模糊控制器实现方法的选择  13-14
  1．7 本文主要内容  14-16
第2章模糊控制系统  16-27
  2．1 模糊数学理论概述  16-18
    2．1．1 模糊集合  16-17
    2．1．2 模糊算子  17
    2．1．3 模糊关系  17-18
    2．1．4 模糊推理  18
  2．2 模糊控制系统  18-27
    2．2．1 模糊控制的起源  18-19
    2．2．2 模糊控制系统组成  19
    2．2．3 模糊控制器  19-21
    2．2．4 模糊控制系统基本工作原理  21-26
    2．2．5 模糊控制的发展前景与问题  26-27
第3章模糊 Smith智能控制方法  27-46
  3．1 PID控制理论  27-30
    3．1．1 PID控制基本原理  27-29
    3．1．2 PID局限及解决办法  29-30
  3．2 模糊参数自整定 PID  30-33
    3．2．1 控制器系统结构  30-31
    3．2．2 模糊 PID控制器设计  31-33
  3．3 纯滞后系统的 Smith预估控制  33-36
    3．3．1 Smith预估控制概述及其补偿原理  34-35
    3．3．2 改进的Smith预估器  35-36
  3．4 模糊 Smith智能控制方法  36-45
    3．4．1 滤波时间常数t_f的整定规则  37-44
    3．4．2 模糊自适应机构的设计  44-45
  3．5 本章小结  45-46
第4章系统建模与算法仿真  46-57
  4．1 控制对象简介  46
  4．2 温度控制系统数学模型  46-49
    4．2．1 模型参数理论分析  47-48
    4．2．2 温度箱的模型与参数的初整定  48-49
  4．3 MATLAB算法仿真比较  49-55
    4．3．1 常规 PID与模糊 PID算法比较  49-52
    4．3．2 Smith预估控制与模糊自适应 Smith控制的仿真比较  52-54
    4．3．3 模糊 Smith智能控制算法的仿真  54-55
  4．4 仿真结果分析  55-57
第5章单片机模糊控制系统的原理及设计  57-74
  5．1 总体设计思想  57
  5．2 单片机硬件系统设计  57-65
    5．2．1 AT89C52单片机简介  57-58
    5．2．2 数据采集的输入通道电路  58-60
    5．2．3 控制命令的输入通道  60-61
    5．2．4 LED数码显示电路  61-62
    5．2．5 控制输出电路  62-63
    5．2．6 单片机与 PC机之间的串口通信接口电路  63-64
    5．2．7 看门狗电路  64
    5．2．8 报警电路  64-65
  5．3 软件设计  65-72
    5．3．1 单片机软件设计  65
    5．3．2 控制算法实现  65-66
    5．3．3 PWM算法  66-67
    5．3．4 A/D转换  67-69
    5．3．5 PC机与单片机串口通信软件设计  69
    5．3．6 上位机软件设计  69-72
  5．4 抗干扰设计  72-73
  5．5 本章小结  73-74
结论  74-76
参考文献  76-79
致谢  79-80
附录A (攻读学位期间所发表的学术论文目录)  80

模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现

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