基于单片机的密闭容器内压力控制系统设计

文章摘要：模糊控制器设计的关键是求取模糊控制表，具体的设计方法如下：(1)模糊控制器的输入输出变量确定实际温度与给定温度的偏差T及实际压力与给定压力的偏差P作为输入变量，把控制加热装置电流的单片机一个I／O口在单个采样周期内输出高电平的时间作为输出变量。这样设计的模糊控制器是双输入单输出的。(2)确定输入、输出的范围及其对应语言变量的论域元素和量化因子系统输入输出实际变化范围P、T、U根据系统的实际情况设定，元素整数论域及其范围可根据需要设定。在本系统中，由于不允许有温度和压力的超调，且温度值一直在向接近设定值的方向变化，所以T、P均为负值，因此可设定P和T的元素整数论域范围如下：(3)精确量到元素整数

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　　模糊控制器设计的关键是求取模糊控制表，具体的设计方法如下：

　　(1)模糊控制器的输入输出变量

　　确定实际温度与给定温度的偏差T及实际压力与给定压力的偏差P作为输入变量，把控制加热装置电流的单片机一个I／O口在单个采样周期内输出高电平的时间作为输出变量。这样设计的模糊控制器是双输入单输出的。

　　(2)确定输入、输出的范围及其对应语言变量的论域元素和量化因子系统输入输出实际变化范围P、T、U根据系统的实际情况设定，元素整数论域及其范围可根据需要设定。在本系统中，由于不允许有温度和压力的超调，且温度值一直在向接近设定值的方向变化，所以T、P均为负值，因此可设定P和T的元素整数论域范围如下：

　　(3)精确量到元素整数论域的转化

　　根据得到的温度偏差T及压力偏差P的精确量，分别乘以相应的量化因子k1、k2，并将其对应到元素整数论域上的整数点处。

　　(4)模糊控制规则表的建立

　　模糊控制规则的确定有很多方法：1)根据专家经验或过程控制知识生成规则；2)根据过程的模糊模型生成控制规则；3)根据对手工控制操作的系统观察和测量生成控制规则；4)根据学习算法生成控制规则。本系统中根据专家经验建立模糊控制规则。

　　(5)模糊量的精确化

　　通过模糊控制规则表得出的输出量是一个模糊量，必须经过精确化处理后才能去控制对象，这个过程称为精确化，也称为反模糊化或模糊判决。通常采用的方法有重心法、中位数法和最大隶属度法。本系统中采用最大隶属度法进行模糊判决。

　　最终，可以创建一个查询表，根据量化后的压力偏差值与温度偏差值，直接通过查询此表得出输出的控制量。将该表存入单片机的RAM中，在程序运行中直接对该表进行查询得出Uij，然后通过反模糊化，得出单个采样周期内加热器导通时间，从而实 现对加热量的控制。

　　本系统中有两种工作流程供选择，一种是1.2×105Pa(对应蒸汽温度121℃)，另一 种是2.0×105Pa(对应蒸汽温度134℃)。测温传感元件RTD放置在容器外壁某位置。 在加热过程中，壁温应限制在某一温度T1以下，因为过高壁温产生的热辐 射会对容器内的被消毒物品产生较大影响。

　　在开始工作过程中，程序只对温度进行控制，只要该壁温不超过设定的某一温度，加热元件 便会以最大功率进行加热，当温度超过设定温度时，才进入模糊控制阶段。

　　单片机的初始化主要包括对I/O口的输入输出设定、模拟输入通道的选择及定时器的选用等 。

　　程序流程如图6。

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