建立模糊控制规则表 - 单片机与模糊控制的温控仪设计与实现

　　3．1 建立模糊控制规则表

　　采用温度误差E和温度误差变化率Ec作为模糊控制器的输入变量，温度控制量U作为模糊控制器的输出变量。系统中温度误差E、温度误差变化率Ec和温度控制量U（单位：℃）的基本域分别为［-5，+5］，［-2，+2］和［0，1］。输入语言变量的语言值取7个，输出控制量用于控制继电器驱动电路。将占空比模糊控制量设定为0，1／4，1／2，3／4，1五个单点模糊量和1个控制风扇吹风的单点模糊量。输出语言变量的语言值取6个。当U=0时，单片机P3．5口置低电平，使风扇控制电路工作；当U=1时，加热丝控制电路工作，且继电器在1个周期内全关断；当U=2时，加热丝控制电路工作，且继电器在1／4个周期内接通，在3／4个周期内关断；当U=5时，加热丝控制电路工作，且继电器在1个周期内全接通。本控制系统选用三角函数、升半梯形函数与降半梯形函数作为输入量语言值的隶属函数，用脉冲函数作为输出量语言值的隶属函数。模糊控制规则如表1所示。

　　由模糊规则进行推理可以得出模糊控制器语言规则的输入输出关系，其关系是一个非线性的关系曲面。当偏差较大时，控制量的变化应尽力使偏差迅速减小；当偏差较小时，除了要消除偏差外，还要考虑系统的稳定性，防止系统出现过冲，甚至引起系统振荡。

　　3．2 软件流程图

　　主程序软件流程如图4所示。

　　温度采集和显示、键盘处理等在编程时作为相对独立的功能模块来实现，并自主程序运行中按照设定的流程来调用，完成相应的任务后再返回主程序即可。

　　4 仿真分析

　　在Proteus仿真软件中加入编译后的HEX文件，使用分析图表分析系统分析加热器控制信号与风扇控制信号输出端口的占空比。当输入电压为2．7 V时，系统的输出显示实际温度为54℃，系统的设定温度为55℃，此时P5．4输出占空比为2：1的加热器控制信号；而当系统的实际温度大于设定温度时，系统输出适当的风扇控制信号以恒定的功率散热，说明满足设计要求。

　　5 结语

　　本系统采用低功耗MSP430系列单片机作为控制核心，整个控制电路较简单，用模糊控制算法设计程序，设定温度值与测量温度值实时显示，控制精度可达±0．5℃，在实际生产和生活中具有广泛的实用性。