基于单片机的电阻炉模糊控制

摘　要：本文介绍了模糊控制理论的基本原理，在以单片机A89S51为系统核心部件对电阻炉温进行控制。将模糊控制系统应用于电阻炉温的监控中，打破了传统的控制思路，使控制系统更加简洁，更容易控制，为电阻炉加热系统提供了另外一条更好的思路。

关键词：模糊控制；单片机；电阻炉
1．引言
　　1965年美国的控制论专家L. A. Zadeh教授创立了模糊集合论，从而为描述，研究和处理模糊性现象提供了一种新的工具。一种利用模糊集合的理论来建立系统模型，设计控制器的新型方法—模糊控制也随之问世了。模糊控制是基于规则的智能控制方式，它不依赖于被控对象的精确数学模型，特别适合对具有多输入—多输出的强耦合性、参数的时变性、严重非线性与不确定性的复杂系统或过程的控制，且控制方法简单，鲁棒性好。
　　本文的设计思想是，以AT8051单片机为平台，把反映炉温的热电偶电势与设定炉温电势比较后得到的误差，经冷端补偿的变送器放大后，经过A/D转换成为数字信号，经过数字滤波、线性化处理、标度变换后送入单片机，通过LED显示；送入单片机的误差信号经过模糊推理，作出模糊控制决策的结果，通过单片机I/O口去改变控制脉冲宽度，从而改变晶闸管在一个固定周期内的导通时间。即而改变电阻炉的平均输出功率，达到控制炉温的目的。
2．模糊控制系统的组成及工作原理
（1）模糊控制系统的组成

图1 模糊控制系统框图
　　
3.本系统模糊控制结构
　　本系统采用二维模糊控制器。模糊变量为三个：e—温度误差；ec—误差变化模糊子集；u—输出量模糊子集。模糊变量e的模糊集：{负，零，正小，正中，正大}；ec的模糊集：{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}；u的模糊集：{零，正小，正中，正大}。模糊控制器的结构框图如图2所示。该控制器中K1取1，K2取2，K3取19。

图2 模糊控制器结构框图
4.硬件和软件设计
　　本系统硬件由温度传感器, AT89c51单片机、执行机构，外围电路包括键盘，LED显示以及保护电路构成的闭环控制回路，控制对象为水温。系统的原理框图如图3所示。

图3 系统原理框图

    软件程序主要包括主程序、按键子程序、LED显示子程序、模糊控制子程序等。其中主程序如图4、

　　　　　图4 主程序

　　本文用AT8051单片机实现控制，为了便于用户根据不同的实际需要对工作方式及其他参数组态进行修改，所有的参数及组态状况均可通过面板的几个操作键输入、检查和修改。系统的测量值和所有设定参数均由LED数码管直接显示，读数清晰，直观。电阻炉的温度控制范围在400℃-1000℃内、温控精度<±6℃、测量精度〈±2.5℃。
参考文献：
[1] 涂时亮 张友德．单片微机控制技术[M]．上海：复旦大学出版社，1994
[2] 雷建龙．基于单片机的模糊控制器的设计[J]．微计算机信息, 2006, 22(6)：49－51
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[4] 付家才．单片机控制工程实践技术[M]。北京：化学工业出版社，2004
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