开题报告(李娟).doc

湖北汽车工业学院 Hubei Automotive Industries Institute 毕 业 设 计 开 题 报 告 题目 基于CAN总线的Fuzzy-PID温度控制系统设计 班号 T583-1 专业 电子信息科学与技术 学号 20050830130 学生姓名 李娟 指导教师 黄晓林 在冶金、化工、工业炉窑等工业生产中，温度控制是较普遍且较关键的控制系统，它具有非线性、强耦合、时变、时滞等特性． 采用常规的PID控制器，一般很难实现对其快速有效地精确控制．而作为非线性经制的一个分支一模糊控制，在温度控制系统中得到了较好的应用．而本文所研究的正是模糊控制在温度控制系统中的应用。 一、课题来源 课题《基于CAN总线的Fuzzy-PID温度控制系统设计》来源于工程。因为工程中普遍使用到温度控制系统，又由于温度控制具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。模糊控制技术不依赖于精确的数学模型，对参数的变化不敏感，适应性强，具有很好的鲁棒性。因此本文根据模糊控制原理，设计了一种FUZZY— PID控制器，把人的判断技巧与推理能力参与到控制系统设计中去。并通过MATLAN仿真软件来实现在温度控制中的结果。这样得到的控制系统在理论上具有超调小、稳态控制精度高等特点。 CAN总线是现场总线的一种，它具有结构简单、实时性好、可靠性高、抗干扰能力强和成本低等显著优点，是具有国际标准的现场总线。采用数字温度传感器，将现场温度信号直接转换成数字信号供微处理器处理，将处理信息通过CAN总线上传，此方式简化了系统的电路设计，系统可靠性高、扩展容易。 二、国内外现状 模糊逻辑是人工智能的重要组成部分，自从1965年美国经制理论专家I ．A．Zadeh提出了用“Fuzzy Sets(模糊集合)描述Fuzzy(模糊)事物以来，Fuzzy技术获得了广泛的应用．而模糊控制取得的最早应用成果之一，是1975年英国P．J．King和E．H．Mamdani将模糊控制系统应用于工业反应过程的温度控制中。随后模糊控制成为自动化技术中一个非常活跃的领域．著名的自动控制权威Austrom曾经指出：模糊逻辑控制、神经网络控制与专家系统控制是三种典型的智能控制方法。 90年代初，模糊家电风靡日本，给日本企业带来了巨大的商业利润，同时也推动欧美和其他国家，进一步促进了模糊技术的发展。1985年世界上第一块模糊逻辑芯片在美国著名的贝尔实验室问世，这是模糊技术走向实用化的又一里程碑。日本、美国、德国等许多著名公司都在积极从事这方面的研究，相继开发出许多商业化的模糊逻辑芯片，1986年日本建立了模糊控制器硬件系统（模糊控制专用器件）。上个世纪80年代末到90年代中期先后提出了模糊近似推理、模糊自适应控制、模糊神经元网络和模糊自适应推理系统等。给模糊技术的应用注入了新的活力，开辟了十分诱人的光明前景。 我国的模糊控制在温度等非线性系统的控制中取得了一些成果，但在工程应用上我国和发达国家相比还存在着较大的差距，以钢铁企业为例，国内企业大多数只是做一些较简单的PID控制，而国外钢铁企业，智能控制发展极快，特别是在与温度有关的控制系统中，模糊逻辑控制的应用已相当广泛。 三、综合分析 在工业生产过程中温度是重要的控制参数之一，对温度的有效控制对于保证生产质量具有重大的现实意义和理论价值。温度具有非线性、时变性和滞后性等特性。(即无法降温)，只能让电烙铁自然散热，速度非常缓慢，单纯地采用PID控制往往会造成过渡过程时间长，超调大．所以为了达到良好的控制效果，根据实际控制对象的情况，基于一种多模式的复合控制思想，采用“多模控制”的控制方法．通过分析电烙铁的升降温过程，将其划分为几个阶段，在各个阶段，针对不同的特点和控制要求采用相应的控制方法． 电烙铁的温度控制主要包括升温、恒温和降温．在升温环节初期，为了使电烙铁升温迅速，尽快达到所需温度要求，可以采取直接输出最大控制电压的方法，即开关控制．在升温后期和恒温环节，为了控制系统的超调，叉不影响系统的响应速度，可采用模糊控制．但是采用单纯的模糊控制，难于消除系统静差，为了提高控制精度，可采用FUZZY—PID控制，即在误差较大时采用模糊控制，误差降低到一定范围后转入PID控制． 在降温阶段，只能通过自然散热，所以通过施加小于维护温度所需的控制量来实现散热．虽然控制量可能为负值，但实际上只是关断了控制电压．以上是实现系统温度控制的“多模控制”算法，它是一种无须建模的无模型控制算法，由于采用了PID和模糊控制，系统的抗扰性能良好，鲁棒性强．本文针对温度控制的特点，采用模糊控制的方法，研究和开发了基于控制规则自调整模糊