摘要：采用AT89C52單片機做為控制核心，利用三位按鍵結構和液晶顯示屏進行給定溫度值的設定和實際爐溫的顯示，由固態(tài)繼電器構成執(zhí)行單元，驅動加溫裝置的運行。同時，將模糊控制算法引入傳統(tǒng)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)，構成模糊PID控制系統(tǒng)。仿真結果表明，該方法具有較好的動靜態(tài)響應特性和較強的魯棒性，適用于具有非線性、時變和延遲等特征的控制對象。
關鍵詞：電阻爐；單片機；PID控制；模糊控制

電阻爐是熱處理工業(yè)中常用的設備，具有大滯后、參數(shù)時變、非線性等特點。各個領域對電阻爐溫度控制的精度、穩(wěn)定性、可靠性要求越來越高。提高該類對象的控制品質具有廣泛的應用價值。常規(guī)PID控制算法簡單、易于實現(xiàn)，適用于可建立精確數(shù)學模型的確定性控制系統(tǒng)。而實際工業(yè)生產(chǎn)過程往往具有非線性和時變性，難以建立精確的數(shù)學模型，因此常規(guī)PID控制器不能達到理想的控制效果。模糊控制不需要被控對象的精確數(shù)學模型，而且控制靈活、魯棒性強，但模糊控制器的積分作用較弱，導致系統(tǒng)的動態(tài)品質較差。將模糊控制和PID控制兩者結合起來的復合型控制器，對復雜控制系統(tǒng)具有良好的控制效果。
文中在深入研究先進PID控制理論及其智能優(yōu)化控制策略的基礎上，以電阻爐為被控對象，建立一種溫度控制系統(tǒng)。由前端溫度傳感器及溫度檢測模塊實時檢測電阻爐溫度，并轉換成電壓信號，該電壓信號經(jīng)過溫度檢測電路轉換成與爐溫相對應的數(shù)字信號進入單片機，單片機進行數(shù)據(jù)處理后，通過液晶顯示屏顯示溫度并判斷是否報警，同時將得到的溫度偏差和偏差變化率進行模糊化，建立模糊控制規(guī)則表，由設定的模糊控制算法計算出控制量，通過控制固態(tài)繼電器的導通和關閉從而控制電阻絲的導通時間，以實現(xiàn)對爐溫的控制。

1 系統(tǒng)的硬件設計
1．1 總體設計
系統(tǒng)中，控制對象為電阻爐，被控量為爐溫，控制目標是使爐溫在常壓下恒定在一個設定值允許的誤差之內(nèi)。需要檢測的輸入信號是爐溫，需要輸出的信號主要是PWM，通過調整其占空比的大小來控制固態(tài)繼電器的導通與關閉，繼而來控制電加熱設備的導通與關閉，從而實現(xiàn)爐溫的控制。同時設計了報警電路，以提高系統(tǒng)的安全性?？刂葡到y(tǒng)以AT89C52單片機為控制核心，采用閉環(huán)控制的工作方式，系統(tǒng)總體結構如圖1所示。

1．2 溫度檢測部分設計
根據(jù)系統(tǒng)控制對象的特性，溫度傳感器采用K型熱電偶WRN-130，將檢測到的信號通過SBWR系列溫度變送器及A／D轉換器等溫度檢測電路處理后轉換成數(shù)字信號，供單片機處理。
1．3 人機接口部分設計
人機接口部分采用三位按鍵結構和LCD12864液晶顯示屏完成溫度給定值的設定、顯示以及爐溫的實時顯示(如圖2所示)。3個按鍵分別是選擇鍵、調整鍵和確認鍵。由選擇鍵在三位溫度顯示值之間循環(huán)選擇，當位于任意一位時，可以用調整鍵進行該位數(shù)據(jù)量的調整(0～9)，當設置好需要設定的溫度值后，按確認鍵，系統(tǒng)將啟動，并按照新的溫度值進行工作，同時液晶屏顯示當前的溫度值。