基于ARM和模糊PID的溫控系統(tǒng)的研究和設(shè)計.pdf

1、中國已經(jīng)成為世界上啤酒產(chǎn)量最大的國家之一。在啤酒發(fā)酵過程中，發(fā)酵液的溫度能否準(zhǔn)確跟蹤上發(fā)酵過程工藝曲線的要求是啤酒釀造能否成功的關(guān)鍵部分。啤酒發(fā)酵是一個利用微生物代謝生產(chǎn)的過程，其過程控制必須具備優(yōu)良的控制性能，才能提高啤酒的質(zhì)量和口感。啤酒發(fā)酵過程中的溫度控制具有大時滯、非線性和時變性等問題，這就使溫度控制的各種要求很難達(dá)到發(fā)酵過程所需要的精準(zhǔn)度，所以需要引進(jìn)智能控制算法來對發(fā)酵過程的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性進(jìn)行控制。
　　本文在以STM

2、32作為溫度控制核心處理器的基礎(chǔ)上進(jìn)行硬件設(shè)計。通過MATLAB分別對改進(jìn)的粒子群算法和遺傳算法在模糊PID控制參數(shù)的優(yōu)化方面進(jìn)行了仿真分析和對比，選擇采用改進(jìn)粒子群算法優(yōu)化模糊PID控制作為溫度控制系統(tǒng)的控制算法。通過實物搭載對設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行實驗，并對實驗結(jié)果進(jìn)行分析。
　　論文的主要工作包括以下幾個方面:
　　(1)設(shè)計符合溫度控制系統(tǒng)性能要求的硬件電路。以STM32作為控制系統(tǒng)的核心處理器，根據(jù)STM32的特性

3、設(shè)計電源電路、JTAG調(diào)試接口電路、串口通信電路，以及設(shè)計采用熱敏電阻傳感器的溫度檢測電路，D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)電路和報警電路，組成一個完整的溫度控制系統(tǒng)，并且搭建硬件實物。
　　(2)實現(xiàn)用改進(jìn)算法優(yōu)化模糊PID控制參數(shù)來對發(fā)酵過程的溫度進(jìn)行控制。首先針對粒子群算法和遺傳算法所具有的特性分別做出改進(jìn)策略:其中在粒子群優(yōu)化算法中，分別對慣性權(quán)重參數(shù)和學(xué)習(xí)因子參數(shù)進(jìn)行公式改進(jìn);在遺傳算法中，將種群最優(yōu)個體未變化代數(shù)引入到交叉概率和變異概率

4、公式中，并結(jié)合遺傳操作引入擬單純形算子。在自適應(yīng)模糊PD控制算法基礎(chǔ)上加入Smith預(yù)估補(bǔ)償來抵消被控對象的純滯后現(xiàn)象，再分別采用改進(jìn)的粒子群算法和遺傳算法來優(yōu)化自適應(yīng)模糊PID的控制參數(shù)，通過MATLAB仿真軟件對控制算法進(jìn)行對比分析，選擇改進(jìn)粒子群算法優(yōu)化模糊PID控制作為溫度控制系統(tǒng)的控制算法。
　　(3)溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計通過LabVIEW來完成，最后結(jié)合軟硬件設(shè)計來對溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真實驗。實驗結(jié)果表明:系統(tǒng)能夠在