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基于ARM7参数自整定模糊PID控制器设计及其应用

2020-12-08阅读(268)

基于ARM7参数自整定模糊PID控制器设计及其应用

论文摘要

本文主要研究了参数自整定模糊PID控制器的设计与应用。由于现在的工业过程不同程度地存在非线性、大滞后、参数时变性和模型不确定性等特点,常规数字PID控制器对同一被控对象在不同工况下,需要不断调整PID参数才能取得满意控制效果。本文针对以上问题,旨在提出一种新型的基于嵌入式系统的参数自整定模糊PID控制器的设计思想及硬件实现。在本文中首先对数字PID控制器算法进行了研究,结合模糊控制提出了参数自整定模糊PID控制器算法,在SIMULINK环境下对参数自整定模糊PID控制器进行了仿真,然后给出了参数自整定模糊PID控制器详细的硬件设计及软件设计,最后在静电除尘电源调试平台上完成了实验,验证了参数自整定模糊PID控制器的良好控制效果。在本文中基于三星公司ARM7 S3C44B0X处理器完成了参数自整定模糊PID控制器的硬件设计。ARM7 S3C44B0X处理器的高性能、低功耗、丰富的功能模块完全满足设计要求。采用4×4矩阵键盘和640×480 LCD实现人机控制,通过键盘输入控制参数,LCD实时显示被控对象工作情况。参数自整定模糊PID控制器使用ARM7处理器自带的10位ADC模块完成信号采集,通过ARM7内部PWM模块完成输出控制,经电平转换电路和二阶有源低通滤波器输出0-5V直流控制信号。软件设计上首先对实时操作系统uC/OS-Ⅱ和图形用户界面uC/GUI进行了移植,基于uC/OS-Ⅱ完成了参数设定任务、数据处理任务、串口通信任务和数据存储任务等多任务的设计,基于uC/GUI设计了系统开机欢迎界面、参数设定界面和数据实时显示界面。论文最后详细介绍了参数自整定模糊PID控制器与CA6100触发板相配合实现对静电除尘电源控制的应用。在电除尘三相交流调压电路调试平台上完成了实验,实验结果可看出,设计的参数自整定模糊PID控制器性能良好。同时良好的人机界面也是本设计的特色,更好地实现了对被控对象的监控。

论文目录

  • 致谢
  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  • 1.1 选题背景和意义
  • 1.2 参数自整定PID控制器研究现状
  • 1.3 参数自整定模糊PID控制器设计
  • 1.3.1 基于嵌入式系统构建平台
  • 1.3.2 参数自整定模糊PID控制器结构
  • 1.4 论文的主要工作
  • 2 参数自整定PID控制器算法研究及仿真
  • 2.1 数字PID控制器算法与参数整定
  • 2.1.1 PID控制原理
  • 2.1.2 数字PID控制器参数整定
  • 2.2 模糊PID控制器算法与参数自整定
  • 2.2.1 模糊控制原理
  • 2.2.2 参数自整定模糊控制规则
  • 2.3 参数自整定模糊PID控制器的仿真
  • 2.3.1 构建仿真模型
  • 2.3.2 仿真结果
  • 2.4 本章小结
  • 3 参数自整定模糊PID控制器硬件设计
  • 3.1 参数自整定模糊PID控制器的功能特点
  • 3.2 基于ARM7内核控制器最小系统设计
  • 3.2.1 电源转换电路设计
  • 3.2.2 晶振及RTC电路设计
  • 3.2.3 复位电路设计
  • 3.2.4 存储器扩展电路设计
  • 3.2.5 JTAG接口电路设计
  • 3.3 控制器外围电路设计
  • 3.3.1 电平转换电路设计
  • 3.3.2 信号调理电路设计
  • 3.3.3 UART通信接口电路设计
  • 3.3.4 数据保存电路设计
  • 3.3.5 人机对话电路设计
  • 3.4 参数自整定模糊PID控制器抗干扰设计
  • 3.4.1 硬件抗干扰设计
  • 3.4.2 软件抗干扰设计
  • 3.5 本章小结
  • 4 参数自整定模糊PID控制器软件设计
  • 4.1 构建控制器软件平台
  • 4.2 基于uC/OS-Ⅱ内核的控制器软件平台
  • 4.2.1 uC/OS-Ⅱ内核分析
  • 4.2.2 uC/OS-Ⅱ移植内容
  • 4.2.3 uC/OS-Ⅱ移植工作
  • 4.3 基于uC/GUI软件包的控制器软件平台
  • 4.3.1 uC/GUI软件包分析
  • 4.3.2 uC/GUI移植内容及工作
  • 4.4 控制器各项任务创建
  • 4.4.1 主任务创建
  • 4.4.2 控制参数设定任务
  • 4.4.3 数据处理任务创建
  • 4.4.4 串口通信任务创建
  • 4.4.5 数据存储任务创建
  • 4.5 本章小结
  • 5 参数自整定模糊PID控制器应用及实验
  • 5.1 参数自整定模糊PID控制器应用平台
  • 5.1.1 静电除尘三相交流调压电源
  • 5.1.2 静电除尘电源电压电流采样电路
  • 5.1.3 电源工作数据
  • 5.2 参数自整定模糊PID控制器调试平台
  • 5.2.1 触发板接口电路设计
  • 5.2.2 实验平台调试结果
  • 5.3 本章小结
  • 6 总结与展望
  • 参考文献
  • 附录A
  • 附录B
  • 附录C
  • 作者简历
  • 学位论文数据集表

    • 相关论文文献

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