基于單片機的加熱爐溫度模糊控制系統

　　1 引 言

　熱處理加熱爐具有大慣性、純滯后等非線性以及時變的特點，開關爐門、加熱材料、環境溫度以及電網電壓等都影響控制過程，基于精確數學模型的常規控制例如PID控制難以保證加熱工藝曲線要求。作為非線性控制的一大分支，模糊控制在上述溫度控制系統中可以得到較好的應用。

　　模糊控制是智能控制的分支之一，他具有以下特點：

　　2模糊控制器的設計

　　本控制系統主要完成數據采集、溫度顯示、爐溫控制、故障檢測以及報警等功能，智能模糊控制器由單片機完成，采用規則自尋優的控制算法進行過程控制。加熱爐采用雙向可控硅控制，由單片機輸出通斷率控制信號，產生可控硅的過零觸發脈沖。

　　整個系統的核心是模糊控制器，8098單片機是控制器的主體。他與若干擴展電路(程序存儲器、數據存儲器、地址鎖存器、地址譯碼器等)構成處理器模塊。測溫熱電偶輸出的mV信號經變送器芯片轉換成O～10 V的標準信號，再將此信號經A／D轉換之后送入單片機，單片機根據輸入的各種命令，通過模糊控制算法計算控制量，輸出脈沖觸發信號，通過過零觸發電路驅動雙向可控硅，從而控制熱處理加熱爐。此外，智能控制器還包括硬件看門狗電路故障檢測電路、數碼顯示電路以及電源等。智能模糊控制器的硬件框圖如圖1所示。

　模糊控制器的主程序包括初始化、鍵盤管理及控制模塊和顯示模塊的調用。溫度信號的采集、數字濾波、標度變換、控制算法以及溫度顯示等功能的實現由各子程序完成。軟件的主要流程是：利用8098單片機的定時器TO和軟件計數產生采樣周期，周期到，程序則轉入控制模塊，調用A／D轉換、數字濾波及標度轉換模塊得到爐溫的反饋信號，根據偏差和偏差的變化率計算控制量，輸出脈沖信號控制過零觸發器。啟動、停止以及給定值通過鍵盤利用外部中斷產生，有按鍵輸入時則調用中斷服務程序。程序流程如圖2所示。