基于单片机的煤湿度模糊控制系统设计.pdf

第31卷第1期 湘潭师范学院学报(自然科学版) V01．31No．1 Journalof Normal Science Mar．2009 2009年3月 XiangtanUniversity(NaturalEdition) 基于单片机的煤湿度模糊控制系统设计 李志攀1，谭文1，王耀南2 (1．湖南科技大学信息与电气工程学院，湖南湘潭411201；2．湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙410082) 摘要：介绍了煤湿度控制系统的硬件结构、软件流程及相应的控制策略。选用AT89S52作为CPU对水阀流量进行 自动控制，基于模糊控制理论实现模糊检测与控制系统设计。给出了控制量的结构图和控制规则表，为验证所提控制方法 的有效性，以某钢铁集团有限公司的煤中水分含量调节作为实例，对模糊控制器硬、软件进行设计。实验结果表明模糊控 制有控制方法简单、控制性能较好等特点。 关键词：模糊控制；单片机；煤湿度 中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：167l一0231(2009)01—0066—05 不管是采用经典控制理论还是采用现代控制理论来设计自动控制系统，都必须事先知道被控对象的 精确数学模型。然而，随着现代工业技术的发展，被控对象和生产过程日益复杂，系统的非线性、时滞性和 环境的不稳定性导致难以建立精确的数学模型。模糊控制不需要被控对象的数学模型，便可达到较好的 控制效果¨J。单片机以其优良的性能价格比，使其成为常用的控制器件，把二者有机结合起来，可使控制 器的性能指标达到最优的目的。本文通过使用8051单片机作为开发平台，以某钢铁集团公司利用水阀流 量模糊控制器为实例，较为详细地对模糊控制系统的硬、软件进行了设计。 1 模糊控制器方案的实现 以某钢铁集团有限公司的煤中水分含量调节作为控制实例。该钢铁集团有限公司的焦化厂主要工艺 是把煤加以适当的配料，在煤的配料的过程中，其中一个重要的环节是配水，使煤中的水分含量稳定在 17％。而水管中的水压是有波动的，通常在0．8—1．2MPa范围内变化。因为煤源的不同煤的含水量也在 4％一17％内波动。我们根据实际工况确定模糊控制系统图(如图1)，通过设定期望的煤的湿度，其输入 设定信号与反馈信号的偏差及水的压力差值作为输入信号，经过模糊化处理为对应的模糊量x，l，。再根 据知识库进行模糊推理，得到模糊控制量z，最后经过模糊判决(反模糊化)得到精确控制变量u，通过U 对被控对象步进电机进行控制，由步进电机决定水阀阀门角度的大小，从而调节煤中水分含量_。1。 蟊1 煤湿度模糊控制器系统结构图 收稿日期：2008一11—16 基金项目：国家自然科学基金；湖南科技大学研究生创新基金资助项目(S080107) 作者简介：李志攀(1984一)，男，湖南常德人，硕士生，研究方向：智能控制理论与应用。 万方数据 2 基于单片机的水阀流量模糊控制系统 2．1硬件电路设计 水阀流量自动调节器以AT89S52单片机为核心，4x4键盘电路用于温度、湿度设定值的输入；8个共 阳极数码管用于显示水的实际压力和煤中水分含量以及键盘输人时的设定值；湿度、压力检测传感器经过 步进电机；步进电机由L289N驱动，通过步进电机对水阀流量进行控制，从而实现对煤中水分含量的控 制”o，图2所示。 圈2水阀流量自动调节器总体控制图 2．2控制器软件实现 主程序流程如图3所示。上电复位后，控制器初始化，利用键盘对控制器进行湿度值等参数设定。当 湿度和压力实际值都是更新值时，把实际值进行模糊化处理，通过模糊推理计算出对水阀开口度直接执行 的步进电机的驱动值，从而决定水阀打开的角度，人们可以通过实际显示值观察煤的湿度变化。为了确保 系统的实时性，本系统采用INTO中断对于湿度和压力进行现场实时监测，检测到其中任意一组传感器参 数后，修改地址以准备检测另外一组传感器实际值，依次循环，保证实际检测值的实时性。其中断服务程 序如图4所示。 本系统采用RS485进行通信，利用其可以进行远程通信的优点，实现控制器的远程操作。串口通信 程序图如图5。本系统程序采用模块化结构设计，便于程序调试，