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模糊控制课程教学大纲课程名称：模糊控制课程编号：Q50322英文名称：Fuzzy Control 课程属性：专业任选课学时：32 学分： 2先修课程：经典集合论，过程控制系统适用专业：测控技术与仪器一、课程简介本课程是测控技术与仪器专业的主要专业课。
本课程的任务是通过本课程的学习，使学生掌握模糊控制系统设计的基本理论、基本方法和基本技能及其在测控自动化及其他领域中的应用，特别是模糊控制理论及高性能模糊控制器的研究方面还有许多理论与技术创新的内容，以达到实际应用与技术创新的目的。
本课程采用多媒体教学，帮助学生理解模糊数学以及掌握对模糊控制器的设计方法。
二、课程内容及学时分配第一单元：经典集合论，模糊集合，两个重要定理（建议学时数：6学时）本单元首先从经典集合论的局限性入手，介绍了模糊控制技术的产生背景与发展状况，主要论述了经典集合与模糊集合的基本概念，运算性质和基本定律，简要介绍了函数、隶属度、模糊集合的运算以及经典集合与模糊集合之间的关系及相互转换。
通过本单元学习，应熟悉模糊控制的概念；理解模糊集合的含义；掌握扩张定理与分解定理；了解模糊控制的性质、发展过程。
【学习目的和要求】1.知识掌握：掌握模糊集合及模糊控制的基础知识。
2.能力培养：培养智能控制创新思维及创新能力。
3.教学方法：多媒体结合工程实例教学，设问式教学方法。
【重点】模糊集合界定；隶书函数及隶属度的含义；两个重要定理其应用。
【难点】扩张定理与分解定理的理解。
第二单元：模糊关系及模糊语言（建议学时数：10学时）【学习目的和要求】1.知识掌握：掌握模糊关系、模糊语言以及模糊推理的概念、运算其应用。
2.能力培养：培养智能控制创新思维及创新能力。
3.教学方法：多媒体结合工程实例教学，设问式教学方法。
【重点】模糊关系、模糊语言以及模糊推理的概念、运算其应用。
【难点】模糊关系、模糊语言以及模糊推理之间的关系。
第三单元模糊控制器的设计（建议学时数：10学时）【学习目的和要求】1.知识掌握：熟悉模糊控制器的构成；熟悉不同类型模糊控制器的设计方法；掌握基本模糊控制器的设计实现，了解先进模糊控制器的设计步骤。
有关模糊控制的课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握模糊控制的基本概念、原理和方法，培养学生运用模糊控制理论分析和解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）掌握模糊集合的基本概念及其运算；（2）理解模糊控制系统的结构和工作原理；（3）熟悉模糊控制器的设计方法和应用领域。
2.技能目标：（1）能够运用模糊集合理论描述和处理不确定信息；（2）具备设计简单模糊控制系统的能力；（3）能够运用模糊控制方法解决实际问题。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的创新意识和团队协作精神；（2）增强学生对模糊控制技术的兴趣和信心；（3）引导学生关注模糊控制在现实生活中的应用，提高学生的社会责任感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.模糊集合理论：模糊集合的基本概念、运算及其性质；2.模糊控制系统：模糊控制系统的结构、工作原理及其分类；3.模糊控制器设计：模糊控制器的结构、设计方法及其优化；4.模糊控制应用：模糊控制在各个领域的应用实例。
教学大纲安排如下：第一周：模糊集合理论；第二周：模糊控制系统；第三周：模糊控制器设计；第四周：模糊控制应用。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学，包括：1.讲授法：讲解模糊控制的基本概念、原理和方法；2.案例分析法：分析模糊控制在家用电器、工业控制等领域的应用实例；3.实验法：设计并实现简单的模糊控制系统，验证模糊控制理论；4.讨论法：分组讨论模糊控制相关问题，培养学生的团队协作能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：《模糊控制原理与应用》；2.参考书：国内外相关论文和专著；3.多媒体资料：课件、视频、动画等；4.实验设备：计算机、模糊控制实验平台等。
通过以上教学资源，为学生提供丰富多样的学习途径，提高学生的学习兴趣和效果。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，本课程将采用以下评估方式：1.平时表现：通过课堂参与、提问、讨论等环节，评估学生的学习态度和积极性；2.作业：布置适量的作业，评估学生对模糊控制理论的理解和应用能力；3.实验报告：评估学生在实验过程中的操作能力、数据分析能力和问题解决能力；4.考试：期末进行闭卷考试，全面测试学生对本课程知识的掌握程度。
模糊控制算法课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握模糊控制算法的基本原理和方法，培养学生运用模糊控制算法解决实际问题的能力。
具体分为以下三个层面：1.知识目标：通过本课程的学习，使学生了解模糊控制算法的基本概念、原理和特点，掌握模糊控制算法的数学模型和基本步骤，熟悉模糊控制算法的应用领域。
2.技能目标：培养学生运用模糊控制算法进行系统设计和分析的能力，使学生能够熟练使用相关软件工具进行模糊控制算法的仿真和实际应用。
3.情感态度价值观目标：培养学生对模糊控制算法的兴趣和热情，提高学生解决实际问题的责任感和使命感，培养学生的创新精神和团队合作意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.模糊控制算法的基本概念：包括模糊控制算法的定义、分类和特点，使学生了解模糊控制算法的基本框架。
2.模糊控制算法的数学模型：包括模糊集合、模糊逻辑、模糊规则和模糊控制器的建模，使学生掌握模糊控制算法的核心部分。
3.模糊控制算法的实现方法：包括模糊控制算法的原理、设计和优化方法，使学生能够运用模糊控制算法解决实际问题。
4.模糊控制算法的应用领域：包括工业控制、机器人、智能家居等领域的应用案例，使学生了解模糊控制算法在实际中的应用。
5.模糊控制算法的仿真和实际应用：通过软件工具进行模糊控制算法的仿真，以及实际应用案例的分析，培养学生运用模糊控制算法进行系统设计和分析的能力。
三、教学方法为了实现本课程的教学目标，将采用以下几种教学方法：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握模糊控制算法的基本概念和原理。
2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解模糊控制算法在各个领域的应用。
3.讨论法：学生进行分组讨论，培养学生解决实际问题的能力和团队协作精神。
4.实验法：通过实际操作和仿真实验，使学生掌握模糊控制算法的设计和实现方法。
四、教学资源为了保证本课程的教学质量，将充分利用校内外教学资源，包括：1.教材：选用国内外优秀的教材，为学生提供系统的学习材料。
11/12 学年第一学期模糊控制技术课程设计任务书指导教师：班级：地点：一教课程设计题目（范围）：蚕茧站烘烤炉温度模糊控制系统及MATLAB仿真一、课程设计目的课程设计的目的是培养学生综合运用模糊控制技术所学的基本理论、基本知识，分析与解决实际问题的能力。
通过课程设计，使学生基本具备检索中外文献的能力；独立思考，对方案进行论证、分析与比较的能力；初步掌握模糊控制系统的设计原则、设计方法、设计的主要内容及相关程序的编写的能力；使用计算机的能力、计算与绘图的能力；撰写设计说明书，表述研究结果及答辩的能力。
二、课程设计内容（包括技术指标）1、控制系统的总体方案设计，画出整个系统的原理框图。
2、系统硬件电路的设计：包括传感器的选择，控制电路的设计，键盘与显示电路的设计，报警电路的设计，A/D转换电路的设计，存储器、定时器等接口电路的设计等。
序号起止日期设计阶段内容名称1 第1天查阅资料2 第2天模糊控制系统总体结构的确定3 第3天硬件电路的设计4 第4天软件部分的设计及 Matlab仿真5 第5天答辩3、模糊控制推理过程阐述。
4、利用GUI建立FIS，得到输出曲面。
三、时间安排四、基本要求1、针对设计题目，综合所学知识进行调研、文献查询等，独立完成设计工作；2、撰写设计论文一份，要求A4幅面，正文采用5号宋体，字数不少于五千。
设计说明书要条理清晰、内容充实，内容包括以下几部分：①摘要；②目录；③各章节内容；④结论；⑤参考文献。
3、图纸采用计算机绘图，要求图形、符号、线条等符合国家标准；教研室审核主任签字：年月日教学院（系）审批院长签字：年月日五、领导审批摘要随着科学技术的快速发展，模糊控制将在各个领域的应用越来越广本次课程设计以嵌入式微处理器AT89S51为模糊控制器，结合温度传感器、液晶显示器、输出电路等组成一个基于模糊控制的温度控制系统。
温度传感器及有关电路将温度转化为电脉冲的脉宽，单片机将测得的脉冲宽度的值转化为与之对应的温度值。
与设定的温度相比较后，以温度偏差及其变化量为输入、加热量为输出，通过模糊控制算法，就可达到蚕茧站烘烤炉温度自动调节的目的。
对任意温度对应的脉宽还可进行自动测量，并加以显示。
关键词单片机模糊控制温度加热器Abstract：With the rapid development of science and technology, fuzzy control in various fields of application more widely this curriculum design in embedded microprocessor AT89S51 fuzzy controller, combining with the temperature sensor, liquid crystal display, the output circuit composed of a temperature control system based on fuzzy control. Temperature sensor circuit and the temperature into electric pulse width, SCM will be measured pulse width value into the corresponding temperature value. And set the temperature comparison, with the temperature error and its change rate as input, the heating output, through fuzzy control algorithm, it can achieve the cocoon baking furnace temperature automatic regulation aim. For any temperature corresponding to the pulse width can be measured automatically, and to display. Keywords：Single chip microcomputer Fuzzy control temperature heater目录1.概述 (1)2．总体设计 (1)3.系统硬件设计 (2)3.1 AT89S51最小系统设计 (2)3.2键盘电路的设计 (4)3.3显示电路的设计 (5)3.4温度采集电路设计 (7)3.5 D/A转换电路 (8)3.6 温度控制电路 (10)3.7 报警电路设计 (10)4．系统软件设计 (11)4.1系统软件流程图 (11)4.2 模糊控制算法 (12)总结 (16)参考文献 (17)附录 (18)附录1：程序清单 (18)附录2：仿真结果 (21)附录3：硬件原理图 (21)1.概述人工智能包括推理、学习和联想三大要素，它是采用非数学式子方法，把人们的思维过程模型化，并用计算机来模仿人的智能的学科。
许多科学家认为下一世纪生产力的飞跃寄托于人工智能技术，并认为人工智能的发展必将带来一次新的史无前例的技术革命，第五代计算机的研究充分体现了人类左脑的逻辑推理功能，而人工智能研究的下一步是模仿人类右脑的模糊处理功能。
人工智能将在逻辑推理计算机、模糊计算机和神经网络计算机这三者的基础上，由两个方面来实现，即：一是利用现有的计算机技术模拟人类的智能；二是利用一种全新的技术来实现信息处理的模糊化和网络化。
前者是实现人工智能必需的先决条件；后者是实现人工智能的根本途径。
【1】“模糊控制理论”是由美国学者加利福尼亚大学著名教授L.A.Zadeh于1965年首先提出，至今仅有20余年时间。
它以模糊数学为基础，用语言规则表示方法和先进的计算机技术，由模糊推理进行判决的一种高级控制策略。
它无疑是属于智能控制范畴，而且发展至今已成为人工智能领域中的一个重要分支。
其理论发展之迅速，应用领域之广泛，控制效益之显著，实为世人醒目关注。
特别是近一二年内，模糊控制与其他控制策略构成的集成控制，以及与神经网络相结合的模糊神经网络等得到迅速发展，更使诸多学者确信，它是一种全新的技术和高科技的发展方向。
【1】“模糊控制”是近代控制理论中一种基于语言规则与模糊推理的高级控制策略和新颖技术。
它是智能控制的一个重要分支，发展迅速，应用广泛，实效显著，引人关注。
模糊控制比传统的PID等控制方法，在强时变、大时滞、非线性系统中的控制效果有着明显的优势。
将模糊控制技术应用于家电产品在国外已是很普遍的现象。
单片机是家用电器常用的控制器件，把二者结合起来，可是控制器的性能指标达到最优的目的。
基于模糊控制技术的单片机控制的电热水器，是对传统的电热水器开关控制的改造，具有达到设定温度时间短、稳态温度波动小、反应灵敏、抗干扰能力强、节省电能等优点。
【1】2．总体设计蚕茧站烘烤炉温度自动调节器以AT89S51单片机为核心，有时钟电路、复位电路、键盘电路、温度采集电路、显示电路、控制信号隔离输出电路等几部分组成，结构框图如图2.1所示：（1） AT89S51单片机:是本控制器核心器件，模糊控制就是靠它控制软件来实现。
（2） 温度采集电路:将烘烤炉内的温度采集送给单片机进行控制。
（3） 温度设定电路:通过按键产生脉冲从INT1输入单片机来调节水温。
（4） 设定温度显示电路:单片机将设定的温度值通过动态扫描的方法输出，液晶上可直接显示设定温度。
（5） 报警电路:当出现故障时，单片机发出信号给报警电路，报警电路报警。
（6） 转换电路:传感器的模拟信号经过A/D 转换电路转换成数字电路送给单片机进行处理，同时将处理后的数字信号经D/A 转换电路送给加热器。
（7） 时钟电路:时钟电路是产生一定的脉冲控制单片机正常工作。
（8） 复位电路:通过按键进行复位，将单片机恢复到原始状态。
单单单单单单单单单单单单单单单单单单单单单D/A 单单单单单单单单单单单单单单单图2.1 系统原理框图本次设计首先通过温度采集电路采集烘烤炉内的温度，然后送给单片机控制，通过与设定温度进行比较，如果小于设定温度，则启动加热器，如果大于设定温度，则停止加热。
通过键盘来设定温度，并由显示电路显示，如有异常，则由报警电路报警。
3.系统硬件设计3.1 A T89S51最小系统设计AT89S51最小系统由CPU 、时钟电路和复位电路组成。
3.1.1时钟电路硬件设计时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。
常用的时钟电路有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。
本次设计采用的是内部时钟方式，如图3.1图 3.1 时钟电路AT89S51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。
这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，构成一个稳定的自激振荡器。
C1和C2的典型值通常选择为30pF。
电容大小会影响振荡器频率高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。
晶振频率范围通常是1.2～12MHz。
晶体频率越高，单片机速度就越快。
速度快对存储器的速度要求就高，印制电路板的工艺要求也高，即线间的寄生电容要小。
晶体和电容应尽可能与单片机靠近，以减少寄生电容，保证振荡器稳定、可靠地工作。
为提高温度稳定性，采用温度稳定性能好的电容。
常选6MHz或12MHz的石英晶体。
随着集成电路制造工艺技术的发展，单片机的时钟频率也在逐步提高，已达33MHz。
本次设计使用11.0592MHz的石英晶体。
【2】3.1.2复位电路硬件设计单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。
该电路在最简单的复位电路下增加了手动复位按键，在接通电源瞬间，电容C1上的电压很小，复位下拉电阻上的电压接近电源电压，即RST为高电平，在电容充电的过程中RST端电压逐渐下降，当RST端的电压小于某一数值后，CPU脱离复位状态，由于电容C1足够大，可以保证RST高电平有效时间大于24个振荡周期，CPU能够可靠复位。
【2】本次设计采用的按键电平复位。
如图3.2。
图3.2 复位电路3.2键盘电路的设计键盘可以分为两类：非编码键盘和编码键盘。
非编码键盘是利用按键直接与单片机相连接而成，这种键盘通常使用在按键数量较少的场合。
使用这种键盘，系统功能通常比较简单，需要处理的任务较少，但是可以降低成本、简化电路设计。
常见的非编码键盘有两种结构：独立式键盘和矩阵式键盘。
独立式键盘：其特点是：一键一线，各键相互独立。
