基于模糊PID算法的电阻炉温度控制系统设计

3 温度控制系统软件设计

3．1 主程序及其功能

软件设计采用模块化设计原则。控制程序主要由测量采样操作，温度参数设置界面的显示，操作按键的管理，测量过程，数据算法处理，输出控制的处理及测量结果显示等模块组成。主模块是为其他模块构建整体框架及初始化工作。调用运算和显示构成一个无限循环圈，温控的所有功能都在该循环圈中周而复始有选择执行。除非掉电或复位，否则系统程序不会跳出该循环圈。因浮点数运算占用时间较多，应将其作为单独模块。控制算法模块包括：PID运算模块和PID参数自整定模块两部分，主要是相应控制算法的初始化及运算程序。数学运算模块主要包括诸如带符号浮点数求补运算、带符号浮点数乘法、无符号浮点数除法以及浮点数加减法等运算子程序，供其他模块根据算法的需要随时调用。显示设定和操作界面由菜单显示，用INTO中断完成。界面中用线框框起来的符号和汉字表示当前起作用的按键，用"上下左右"按键移动光标和改变数据，按下确认键后选中有效，开始执行所选功能，按下返回键就回到上一级界面(菜单)。数据的采集及预处理模块由TO计数定时产生中断，包括数字滤波、标度变换、显示刷新等部分，完成数据预处理及人机交互功能。过零同步由交流过零触发产生INT1中断，并确定移相顺序，触发T1定时，产生移相脉冲，控制输出。一旦中断，首先判断具体的中断源。若是定时中断，则调用相应的模块完成定时服务；若是人机面板的按键中断，则在识别按键后，进入散转程序，随之调用相应的键盘处理服务模块。无论是哪一个中断源产生中断，执行完相应的程序后均返回主模块，必要时修改显示内容，并开始下一轮循环。图4所示为系统软件主程序流程。

3．2 模糊自整定PID算法程序

模糊自整定PID算法程序程序的总流程为：首先模糊整定，然后根据误差和误差变化率对PID的3个参数进行在线调整，把经过模糊调整后的PID参数作为最终的控制参数进行PID控制。温度误差e和温度误差变化率△e的最坏情况值均取为100℃，在此建立的温度误差e和温度误差变化率△e的基本论域，数字量化确定e(k)的论域区间为[-128，128]。这样就必须对温度误差e和温度误差变化率△e超过100°C．变换后的e和△e其动态范围限幅压缩，这样就可以使温度误差和温度误差变化率△e在整个测控温度变化范围[0℃，1 112°C]内，控制量都可以起到作用。图5为模糊PID控制流程。

4 结语

将系统温度设置不同的温度值，观测记录温度变化曲线。电加热炉温度控制系统实际输出的响应曲线如图6所示。

从电加热炉温度控制的实际效果来看，Fuzzy-PID复合控制器具有以下特点：①系统具有较好动态特性。不仅升温速度快，而且超调量很小；②系统具有比较理想的稳态品质，稳态过程没有振荡，温度控制精度在±3℃以内；③系统的抗干扰能力增强，对生产现场的各种噪声和干扰具有较好的抑制作用；④当被控过程参数发生变化时，控制系统仍能保持较好的适应能力和鲁棒性。