基于单片机的模糊太阳能热水器控制系统.docx

电气与电子信息工程学院计算机控制课程设计设计题目：基于单片机的太阳能热水器模糊控制专业班级：电气工程及其自动化2007(1)班学号：200740220234姓名：李本成指导教师：胡蔷皮大能设计时间：2010/11/222010/12/3设计地点：K2一单片机实验室让算机控制课程设计成绩评定表姓名李本成学号200740220234专业班级电气工程及其自动化2007(1)班课程设计题目：基于单片机的太阳能热水器模糊控制课程设计辩论或质疑记录：1模糊控制的根本原理？答：它是以模糊集合论，模糊语言变量和模糊逻辑推理为根底的一种计算机数学控制。模糊控制模仿人的思维方式。计算控制量时并不需要参数的精确量，而是以参数的迷糊信息的模糊形式，然后再经过反模糊化处理输出具体的控制量。2、模糊控制系统的工作过程？答：这种方法以微处理器构成的模糊控制器为核心，以模拟人脑的思维方式为根本出发点，不需要我们对控制对象准确建模，就能很好的解决非线性、大滞后环节、变参数对象的控制问题。依靠操作人员的经验来建立合理的模糊控制算法，就能使难控制的系统到达比拟好的控制效果。成绩评定依据：1 .课程设计考勤情况（20%）2 .课程设计辩论情况（30%）3 .完成设计任务报告标准性（50%）最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字：2023年12月20日课程设计任务书20232023学年第1学期学生姓名：李本成专业班级：电气工程及其自动化2007（1）班指导教师：皮大能胡蔷工作部门：电气与电子信息工程学院电气自动化教研室一、课程设计题目计算机控制课程设计二、课程设计内容（含技术指标）1 .设计目的及要求通过本课程设计学生应掌握设计所用硬件电路的工作原理，软件的使用方法。能较熟练地使用软件平台设计较复杂的计算机控制系统。D根据设计课题的技术指标和给定条件，能独立而正确地进行方案论证和设计计算，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整。2）要求掌握计算机控制系统的设计内容、方法和步骤。3）学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数。4学会绘制有关计算机控制系统原理图和编制元器件明细表。5）学会编写设计说明书。6）通过对所设计的系统进行仿真实验，掌握系统仿真的方法。7）按设计指导书中要求的格式书写设计报告，所有的内容一律打印。8）报告内容包括设计过程、软件仿真结果及分析、硬件仿真结果及分析。9）必须有整体电路原理图、各模块原理图。10）软件仿真包括各个模块的仿真和整体电路的仿真。2 .计算机控制课程设计工程设置与内容a.通用微计算机控制系统的设计；b.PID数字控制器的设计；c.冰箱温度控制器的设计。d.模糊控制器的设计e.浓度一流量控制器的设计f.锅炉进水流量控制系统设计三、进度安排1.t间安排序号内容学时安排（天）1接口设计工程22方案的选择论证13硬件、软件设计和仿真44撰写和打印设计报告25设计辩论1合计102.执行耍求计算机控制系统设计的8题中选做一题，要求独立完成，并在辩论过程中检测。为了防止雷同，在设计中所采用的方案不能-样。四、课程设计考核方法与成绩评定根据过程、报告、辩论等确定设计成绩，成绩分优、良、中、及格、不及格五等。评定工程根本内涵分值设计过程考勤、自行设计、按进度完成任务等情况20分设计报告完成设计任务、报告标准性等情况50分答辩答复下列问题情况30分90100分：优：8089分：良：7079分：中：6069分，及格：60分以下：不及格目录第一章绪论I1.1 序言11.2 模糊控制的现状21.3 模糊控制的应用21.4 选题的目的，意义和主要内容3第二章太阳能热水器模糊控制器52.1 模糊控制器的原理52.2 太阳能热水器系统控制模糊控制的方法52.3 模糊控制器的设计7第三章系统硬件设计93.1 硬件组成局部93.2 系统硬件设计93.3 水温控制系统的原理103.4 控制器、传感器与水温系统构成的闭环控制系统10第四章系统软件设计104.1 太阳能热水器模糊控制系统的软件组成104.2 测温软件流程114.3 模糊控制软件流程114.4 模糊控制软件测试114.5 模糊系统的仿真研究12小结13参考文献13摘要模糊控制是智能控制的一个重要分支，它的最大特征是能将操作者或专家的控制经验和只是表达成语言变量描述的控制规那么，然后用这些规那么去控制系统在复杂的工业控制中，被控对象通常具有严重的纯滞后，时变性，非线性，及存在种类繁多的干扰，采用常规的PID控制方法，难以获得满意的静，动态性能。模糊控制的本质是非线性控制和自适应控制，于纯滞后的参数时变或模型不太精确的复杂控制系统，有较强的鲁棒性。本文从模糊控制的根底理论出发，模糊控制器的设计方法、模糊控制的单片机实现方法进行了分析和比照研究，在此根底上建立了基于AT89S51单片机的太阳能热水器模糊控制系统。文章首先设计出了四输入二输出的模糊控制器，其模糊控制规那么能够比拟有效地模仿人的经验，合理解决输出的强关联性问题。然后利用模糊逻辑推理的方法，结合大量的数学运算，离线计算出了简洁方便的模糊控制查询表。最后给出了模糊控制查询的单片机实现方法及模糊控制系统的核心控制局部的硬件电路和软件流程。此外，利用仿真工具软件对所设计模糊控制器进行仿真以提高产品的可靠性，缩短设计时间关键词：模糊控制，太阳能热水器，单片机AbstractFuzzycontrolisanimportantbranchofintelligentcontrol,itistheBiggestcharacteristicofoperatororexpertscancontrolexperienceandtheexpressionjustintolanguagevariabletodescribethecontrolrules,thenusetheserulestocontrolsystemincomplexindustrialcontrol,controlledobjectusuallyhasseriouspuretime-delay,time-varying,nonlinear,andexistingvarietiesofinterference,theconventionalPIDcontrolmethod,difficulttoobtainsatisfactorystatic,dynamicpcrfonance.Fuzzycontrolistheessenceofnonlinearcontrolandadaptivecontrol,inpuretime-delayofarametertime-varianceormodelnottooprecisecomplexcontrolsystem,hasthestrongrobustness.Basedonfuzzycontrolofbasictheory,thefuzzycontrollerdesignmethod,thefuzzycontrolofSCMrealizingmethodisanalyzedandcomparativestudy,basedontheAT89S51-seriesmicrocomputerbasedonthesolarwaterheatingdevicefuzzycontrolsystem.Thispaperfirstlydesignedfourinputtwooutputofthefuzzycontroller,thefuzzycontrolsystemrulescanbeeffectivelyimitatehumanexperience,reasonablesettlementofstrongcorrelationproblem.OutputThenfuzzylogicreasoningmethodandcombinedwithalargenumberofmathematicaloperation,offlinecalculatedtheconcisefuzzycontrollkupconveniently.FinallythefuzzycontrolofSCMrealizingmethodsandqueryfuzzycontrolisthecoreofcontrolpartofthestockingshardwarecircuitandsoftwareflow.Inaddition,usingsimulationtoolsoftwareprojecttosetbythefuzzycontrollerissimulatedinordertoimprovethereliabilityoftheproduct,shortendesigntimeKeywords:fuzzycontrol,solarwaterheater,microcontrolIe第一章绪论1.1 序言1965年美国的伯克利加州大学教授发表了著名的论文FuzzySets，提出了模糊控制性问题，给出了其定量的描述方法，从而模糊数学诞生了。模糊数学不是使数学变的模模糊糊，而是让数学进入模糊现象这个客观的世界，用数学的方法去描述糊涂现象，揭示迷糊现象本质和规例，模糊数学在经典学和数学充满模糊性的现实世界之间架起了一座桥梁。模糊数学在短短三十年的时间得到了长足的开展，在理论和运用中得到了令人刮目的成果。模糊数学的运用领域涉及到自动控制，图像和文字识别，人工智能,素质地震，医疗诊断，气象分析，航空航天，火车汽车驾驶，交通管理，决策评价，企业管理，社会经济等等很多方面。在自动化运用上，模糊数学是非常活泼又硕果累累的一个领域。著名的自动控制权威AUStrUm曾经指出：模糊控制逻辑，神经网络控制与专家控制是三种典型的智能控制方法。模糊控制是建立早人工经验根底上的。对于一个熟练的操作人员，他并非需要了解被控对象精确的数学模型，而是凭借其丰富的时间经验，采取适当的对策来巧妙地控制一个复杂的过程。在许多情况下，被控对象由于其过程复杂，机理有不明之处，缺乏必要的检测手段或者测试装置不能进入被测区域等等各种原因，致使无法建立被控过程的数学模型。这类过程的变量多，过程往往具有非线性，强耦合等特点，各种参数也往往存在变性。因此要建立这类过程的数学模型非常困难，甚至不可能。虽然我们己有了对付非线性，时变参数系统的方法，但是有些场合因为血多因素结合在一起，使问题解法复杂化以致缺乏使用价值。用经典控制理论和现代控制理论解决这类对象的控制往往难以奏效，得不到满意的控制效果。模糊控制利用计算机来实现人的控制经验，很好的解决了这一问题。它无需知道被控制对象的数学模型，运用人类的思维实现智能化控制，运用单片机来构造模糊控制系统，其结构与一般的数学控制系统无异，模糊控制算法用软件来实现，具有良好的鲁棒性和实用性。1.2 模糊控制的现状模糊控制从它的诞生到至今，以从单纯的理论到成功的运用于工业控制，且成为自动控制技术领域中非常有前途的一个分支，一方面用传统的控制理论中的方法解决控制模糊问题，另一方面用模糊控制的理论为解决各种控制问题提供新的思路。模糊控制的另一个开展方向于神经网络，遗传算法等新优化算法相融合使模糊控制拥有自适应，自组织，自学习功能：(1)自适应模糊控制自适应模糊控制使模糊系统辨识模糊控制的结合，具有一定的适应变化的