基于专家系统的智能PID控制方案解析

基于专家系统的智能PID控制方案解析

       软件部分

　　1 PWM波的产生

　　设计采用单片机atmega32产生PWM信号。atmega32的定时/计数器的PWM模式可以分成快速PWM和频率（相位）调整PWM两大类。本设计采用快速PWM模式，快速PWM可以得到比较高频率的PWM输出，响应比较快，因此具有很高的实时性。此时计数器仅工作在单程正向计数方式，计数器的上限值决定PWM的频率，而比较匹配寄存器的值决定了占空比的大小。快速PWM模式的控制寄存器设置如下：

　　//输出端口初始化

　　PORTD=0x44；

　　DDRD=0x20；

　　//T/C1初始化

　　TCCR1A=0xC3；/*比较匹配时OC1A输出高电平，在top值时清零ICP下降沿捕捉，

　　时钟1/8分频（暂定），即工作在反相pwm模式*/

　　TCCR1B=0x0A；//10位快速pwm模式

　　TCNT1H=0x00；//start at 0

　　TCNT1L=0x00；

　　2 控制系统的程序流程

　　3 PID子程序流程

　　将系统误差e(k)和误差变化率Δe(k)变化范围定义为e(k)，e(k)={NB，NM，NS，O，PS，PM，PB}，各元素分别代表流量差值及流量差值变化率。根据不同的e(k)，Δe(k)的量化取值和控制器数学模型，选择相应的控制器计算公式进行PID运算，从而完成流量的智能控制。 

       Matlab下的仿真

　　Matlab是控制系统的一种分析和仿真软件，利用它可以方便准确地对控制系统进行仿真，为了验证数字PID算法的可靠性，采用Matlab6.5下的simulink组件对增量数字PID算法进行了仿真。仿真结果表明运用PID对PWM方波进行调解具有良好的动态性和稳定性，从而证明了该气体流量控制系统得可行性。

　　结语

　　本设计采用了西门子的专用PID模块，大大简化了程序。同时，采用了图形编程方式，使程序更直观，交互界面更加友好。运用数字PID算法结合AVR单片机的PWM功能实现了气体流量的控制，利用PWM信号控制比例电磁阀开口的大小，实现了流量的连续控制，减少了滞后性，同时采用了增量式数字PID算法调节，实现了闭环控制，使系统调节更准确、更稳定。此外，运用Matlab软件进行了仿真，证明了系统的可行性。