基于單片機的加熱爐溫度模糊控制系統(tǒng)

1、基于單片機的加熱爐溫度模糊限制系統(tǒng)加熱爐在冶金、化工等工業(yè)生產(chǎn)過程中廣泛地使用,加熱爐的溫度是生產(chǎn)工藝的 一項重要指標(biāo),溫度限制的好壞將直接影響產(chǎn)品 的質(zhì)量.熱處理加熱爐是一種 能改善金屬材料及其制品如機器零件、工具等性能的工藝.根據(jù)不同的要求, 將材料及其制品加熱到適宜的溫度并保溫,隨后用不 同方法冷卻,改變其內(nèi)部 組織以獲得所要求的性能.熱處理是提升金屬材料及其制品質(zhì)量的重要手段之o熱處理加熱爐具有大慣性、純滯后等非線性以及時變的特點,開關(guān)爐門、加熱材 料、環(huán)境溫度以及電網(wǎng)電壓等都影響限制過程,基于精確數(shù)學(xué)模型的常規(guī)限制例如PID限制難以保證加熱工藝曲線要求. 作為非線性限制的一大分支,模

2、糊限制 在上述溫度限制系統(tǒng)中可以得到較好的應(yīng)用.模糊限制是智能限制的分支之一,他具有以下特點：1是一種非疑性限制方法,工作范圈寬,適用范圍廣,特別適合于非線性系統(tǒng)的限制.2不依賴于對象的數(shù)學(xué)模型,對無法建模或很難建模的復(fù)雜對象,可以利用人的經(jīng)驗知識來設(shè)計模糊限制器,從而完成限制任務(wù),而傳統(tǒng)的限制方法都要被控時象的數(shù)學(xué)模型才能設(shè)計限制器.3J他具有內(nèi)在的并行處理機制,表現(xiàn)出極強的竹棒對被控對象的特性變化不岫感.模物限制器的設(shè)計叁數(shù)容易選擇調(diào)整：算法筒單、執(zhí),快,容易實現(xiàn).不幫要很多的限制理愴知識.2模糊限制器的設(shè)計本限制系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)采集、溫度顯示、爐溫限制、故障檢測以及報警等功能, 智能模糊

3、限制器由單片機完成,采用規(guī)那么自尋優(yōu)的限制算法進(jìn)行過程限制. 加熱 爐采用雙向可控硅限制,由單片機輸出通斷率限制信號,產(chǎn)生可控硅的過零觸發(fā) 脈沖.整個系統(tǒng)的核心是模糊限制器,8098單片機是限制器的主體.他與假設(shè)干擴(kuò)展電 路程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、地址鎖存器、地址譯碼器等構(gòu)成處理器模塊.測 溫 熱電偶輸出的mV信號經(jīng)變送器芯片轉(zhuǎn)換成 O 10 V的標(biāo)準(zhǔn)信號,冉將此信號 經(jīng)A/ D轉(zhuǎn)換之后送入單片機,單片機根據(jù)輸入的各種命令,通過模糊限制算法 計算限制量,輸出脈沖觸發(fā)信號,通過過零觸發(fā)電路驅(qū)動雙向可控硅,從而控制熱處理加熱爐.止匕外,智能限制器還包括硬件看門狗電路故障檢測電路、數(shù)碼顯示電路以及電

4、源等.智能模糊限制器的硬件框圖如圖1所示.S L溫度橫相技刷總金件握困模糊限制器的主程序包括初始化、鍵盤治理及限制模塊和顯示模塊的調(diào)用.溫度 信號的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、限制算法以及溫度顯示等功能的實現(xiàn)由各 子 程序完成.軟件的主要流程是：利用8098單片機的定時器TO和軟件計數(shù)產(chǎn)生采 樣周期,周期到,程序那么轉(zhuǎn)入限制模塊,調(diào)用 A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾涉及標(biāo)度轉(zhuǎn) 換 模塊得到爐溫的反應(yīng)信號,根據(jù)偏差和偏差的變化率計算限制量, 輸出脈沖信號 限制過零觸發(fā)器.啟動、停止以及給定值通過鍵盤利用外部中斷產(chǎn)生, 有按鍵輸 入 時那么調(diào)用中斷效勞程序.程序流程如圖 2所示.ffi 2溫度模制拉副總枉序雙叁

5、國3模糊限制算法的研究本系統(tǒng)的對象熱處理加熱爐是一種具有純滯后的大慣性系統(tǒng), 用基于精確數(shù)學(xué)模 型的常規(guī)限制難以保證加熱工藝曲線要求. 為此,選用模糊限制算法中的規(guī)那么自 尋優(yōu)算法.算法的根本原理采用解析表達(dá)式描述的限制規(guī)那么, 簡單方便,易于處理.二維控 制規(guī)那么自尋優(yōu)算法可以用解析表達(dá)式概括：U = _aE + (1 o)C其中,E, C, U為經(jīng)過量化和模糊化的模糊變量,相應(yīng)的論域分別為誤差、誤差 變化率及限制量；a為調(diào)整因子.由 式(1)描述的限制規(guī)那么可看出,限制作用取決于誤差及誤差變化率, 且通過調(diào) 整a的大小,可以改變對誤差和誤差變化的不同加權(quán)程度,a值一旦確定,在整個控 制過程

6、中就不再改變.但在實際系統(tǒng)中,系統(tǒng)在不同的狀態(tài)下,對限制規(guī) 那么中誤差E與誤差C的加權(quán)程度有不同的要求.如誤差較大時,限制系統(tǒng)的主要 任務(wù)是消除 誤差,此時對誤差的加權(quán)應(yīng)該大些；當(dāng)誤差小時,限制系統(tǒng)的主要 任務(wù)是使系統(tǒng)盡快穩(wěn)定,減小超調(diào),此時要求在限制規(guī)那么中誤差變化率的加權(quán)大 些.為了得到好的 限制性能,就要求a值在限制過程中可調(diào)整,即限制規(guī)那么可 在限制過程中在線修正.式(2)采用優(yōu)化設(shè)計方法對口進(jìn)行在線修正.4性能分析本系統(tǒng)在仿真運行后,系統(tǒng)工作穩(wěn)定,操作方便,各項指標(biāo)都到達(dá)了設(shè)計要求, 圖4是某加熱爐的溫度曲線.從圖中可以看出,曲線的跟蹤性能好,穩(wěn)態(tài)精度高, 超調(diào)小.5結(jié)語本文系統(tǒng)介紹了用單片機實現(xiàn)的熱處理加熱爐溫度限制系統(tǒng), 由于限制對象是一 種具有純滯