嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)的空氣溫度具有延遲性，從檢測到箱內(nèi)溫度小于設(shè)定值到加熱器開始加熱，箱內(nèi)溫度會持續(xù)降低一段時間，當加熱停止時，溫度并不會馬上停止上升而是上升一段時間后才停止。因此，嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)的溫度一直在上下波動。采用模糊自適應(yīng)PID控制可以較好的解決此類問題，微分控制分量可以改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，而積分控制分量可以減少系統(tǒng)靜差。
　　2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
　　本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)控制芯片選用16位低功耗MSP430系列單片機[3][4]，采用DS18B20溫度傳感器將嬰兒培養(yǎng)箱的溫度測量值通過單線傳入單片機I/O口，與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比,它能夠直接讀出被測溫度,并且可根據(jù)實際要求通過編程實現(xiàn)9～12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式;可以分別在93. 75 ms 和750 ms 內(nèi)完成9 位和12 位的數(shù)字量。溫度測量值在單片機內(nèi)部經(jīng)過模糊自適應(yīng)PID運算后，輸出控制信號給光耦離合器，以實現(xiàn)輸入信號和輸出信號的隔離，減少干擾，和實現(xiàn)信號的放大。放大后的信號用于控制可控硅，從而實現(xiàn)對加熱絲工作與否的控制。通過鍵盤和液晶顯示分別實現(xiàn)對溫度值進行標定，定時顯示溫度值，設(shè)定上下限報警值等功能。具體電路如圖2所示。

　　3 軟件設(shè)計
　　軟件設(shè)計主要采用自適應(yīng)模糊PID控制方法[5][6][7][8]。模糊控制是一種以模糊控制論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的新型計算機智能控制。與傳統(tǒng)的PID算法相結(jié)合形成了模糊自適應(yīng)控制理論，運用模糊推理實現(xiàn)PID參數(shù)的自動調(diào)整。
　　自適應(yīng)模糊PID控制器以誤差E和誤差變化Ec作為輸入,可以滿足不同時刻偏差E和偏差變化率Ec對PID參數(shù)自整定的要求。利用模糊控制規(guī)則在線對PID參數(shù)進行修改,便構(gòu)成了自適應(yīng)模糊PID控制器,如圖3所示。

　　設(shè)定輸入變量E和Ec語言值的模糊子集為{負，負中, 負小, 零, 正小, 正中, 正大}, 并簡記為{NB,NM, NS, ZO, PS, PM, PB}, 將誤差E 和誤差變化率Ec 量化到( - 5, 5) 的區(qū)域內(nèi)，輸入變量的隸屬函數(shù)曲線如圖4所示。同樣, 設(shè)計輸出量KP、KI和KD的模糊子集為{ZO, PS, PM, PB}, 并分別將其量化到區(qū)域( 0, 3) ，(0，0.2)，(0，0.8)內(nèi)。