基于ＡＲＭ的模糊自整定ＰＩＤ温度控制系统_串级控制系统特点
摘要：介绍了一种基于ARM的模糊自整定PID温度控制系统，采用了预测与模糊PID相结合的控制技术。精确度高，稳定性好，适用范围宽，实验表明该系统对具有非线性、时变性和时间滞后性的工农业过程具有较好的控制效果。
关键词：ARM；温度控制；预测技术；PID参数模糊自整定
中图法分类号：TP311 文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)18-31681-01
A Fuzzy Auto-tunning PID Temperature Control System Based on ARM
ZHAO Cheng1，JIN Li-shuai2
(1.Aviation Industry Management College in Zhengzhou,Zhenzhou 450015,China;2.North China Institute of Water Resources and Hydropower,Zhenzhou 450015,China)
Abstract:We introduced a kind of the fuzzy auto-tunning PID temperature control system based on ARM.The system combined the forecast control technology with fuzzy PID. Precision high, the stability good, the applicable scope is wide, the experiment indicated this system to has the better control effect to the industry and agriculture process of non-linearity, time-variance and time-lag.
Key words:ARM;temperature control;forecast technology;fuzzy auto-tunning PID
1 引言
目前，工农业中的温度控制对象，往往具有非线性、大时滞、时变、强耦合等特点，采用常规PID控制效果不理想，不能满足系统在不同条件下对参数自整定的要求，从而影响其控制效果进一步提高。模糊控制是一种语言控制，不依赖于精确的数学模型，对参数变化不敏感，具有很好的鲁棒性。由于模糊控制易受模糊规则有限等级的限制而引起误差。因此，我们将模糊控制与常规PID控制相结合，使预测控制符合工农业过程的实际要求。设计基于预测的模糊自整定PID温度控制系统的主要思想是在常规PID调节基础上，采用模糊推理思想，对算法控制器进行改进，根据不同的E和EC实现PID参数自整定的温度控制器；并且，在此基础上，还增加了对非线性、时变性、有滞后性的复杂温控对象的预测控制技术，大大提高了控制系统的稳定性。
2 系统控制算法
本控制器采用可组网数字温度传感器DS18B20，其测量可精确到0.0625℃。DS18B20输出的数字量直接与微控制器相连接，微控制器再将得到的温度值与给定的温度值进行比较，计算其偏差，再对偏差按一定的规律进行运算。运算结果通过控制可控硅在控制周期内的过零触发脉冲个数来达到控制温度的目的。预测技术是一种基于模型的控制算法，它不同于传统的PID控制方法。PID控制通常是根据过程当前和过去的输出测量值与设定值的偏差，来确定当前的控制输入;而预测控制则是利用预测模型预估过程未来的输出状况与设定值之间偏差，然后利用“滚动式”的最优化策略计算当前的控制输入。预测控制对数学模型要求不高，能直接处理具有滞后的对象，具有良好的跟踪性能，并对模型误差具有较强的鲁棒性。经过预测以后的输出再通过模糊控制，对KI,KP,KD三个参数进行在线修改，以满足在不同E和EC时对控制参数的不同要求，使被控对象具有良好的动静态性能。
2.1 预测控制的原理
式中，h=ai-ai-1称为脉冲响应系数；ai称为过程的阶跃响应系数；N是一个较大的整数，能使过程基本上得到完成。
为了提高预估值的准确性，采用校正的方法对基于预测模型的输出预估值进行校正，即yc(k+j)=ym(k+j)+{y(k)-yc(k)}。
式中，yc(k+j)为校正输出预估值，ym(k+j)为基于预测模型得到的输出预估值。{y(k)-yc(k+j)}为现时刻的输出量值与预估值之差。
另外，为了避免过程出现急剧变化的输人和输出，要求输出沿着参考曲线到达设定值。目前，最广泛应用的参考轨线为一阶的，其定义为：yr(k+i)=aiy(k)+(1-ai)yd(i=1,2,...,p)
yd为设定值，yr(k+i)为参考曲线，yk为现时刻输出测量值。a是参考曲线中决定收敛速度的系数，通常0≤a 本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文