基于單片機與模糊PID控制的熱水器溫度智能控制設計

3 軟件設計

3.1模糊PID控制算法

模糊PID控制是找出Kp、Ki、Kd與E、Ec之間的模糊關系，通過不斷檢測E和Ec，根據模糊推理對Kp、Ki、Kd進行在線修改，滿足了不斷變化的E、Ec對控制參數的要求，從而使被控對象具有良好的動、靜態性能。模糊PID結構圖如圖6所示。模糊PID控制器的調整規則是[3]：

(1)當E較大時，為加快系統響應速度，應取較大的Kp和較小的Kd，由于積分太強會使系統超調加大，因而要對積分作用加以限制，通常取Ki=0或者較小值;

(2)當E和Ec中等大小時，為減少系統超調并保證一定的響應速度，Kp應適當取小些，同時Kd的取值對系統影響很大，也應取小些，Ki的取值要適當;

(3)當E較小時，為減小穩態誤差，Kp與Ki應取得大些，而Kd的取值要適當，取值不當會引起系統震蕩。其原則是：當Ec較小時，Kd取大些，當Ec較大時，Kd取較小的值，通常Kd為中等大小。

3.2 下位機程序流程圖

下位機采用keil軟件，C語言進行程序的編寫，采用STC-ISP進行軟件燒寫，程序流程圖如圖7所示。

3.3 上位機界面顯示

上位機采用VB6.0對溫度監控界面進行編寫，通過界面可以選擇不同的串口進行通信，在不同時間可以通過多個溫度檢測器對不同熱水器進行溫度檢測并自行設定溫度,界面可以實時顯示溫度變化曲線如圖9所示。

本系統將單片機與模糊PID控制相結合，不僅單片機控制效果顯著而且易于操作，還實現了智能控制與常規PID控制兩者的優點:它具備自學習、自適應、自組織的能力，能夠自動識別被控過程參數，自動整定控制參數，能夠適應被控過程參數的變化;它又具備常規PID控制器結構簡單、魯棒性強、可靠性高、為現場設計人員所熟悉等特點，較易應用與推廣。