基于模糊pid控制電阻爐的溫度系統設計與仿真畢業論文(留存版)

　　

【正文】 易于控制、易于掌握的非線性控制器，是一種語言控制器 。其原理框圖如圖所示 圖 自適應模糊 PID 控制的原理圖 較常用的是模糊 PID 復合控制和自適應模糊 PID 控制兩種方法。因而一般可用一階慣性滯后環節來描述 溫控對象的數學模型。 MATLAB工具箱內置兩種 and 操作方法，即最小法（ min）和乘積法 (prod)。是控制量 u 應取正大。在每個變量的量化論域內定義模糊子集。電阻爐模糊 PID 控制器輸入輸出變量的模糊化分為以下幾個步驟 : (l)論域的選擇 通過分析爐溫度變化的特點，選取誤差。 (2)模糊控 制器的規則設計 模糊控制規則庫由一系列“ IF 一 THEN”型的模糊條件句所構成。 由以往的經驗和溫度控制的特殊 性得知 PID 控制 PK , IK , DK 參數調整有如下的規律 : ①當溫度偏差 |e|較大時，為了加快溫度控制的響應速度，應取較大的 PK 同時為了避免由于開始時溫度偏差 e的瞬時變大可能出現的微分過飽和而使控制作用超出許可的范圍，導致超調的發生，應取較小的 PK ，同時為了防止系統響應出現較大的超調，產生積分飽和，對積分 作用加以限制，通常取 PK =0即去掉積分作用。 模糊 PID 控制的核心在于它用具有模糊性的語言條件語句，作為控制規則去執行控制。謝謝您們 ! 基于模糊 PID 的電阻爐溫度自動控制系統 33 參考文獻 [1] 覃強 . 模糊 PID 溫度控制方案的仿真優選及其實現 [D] ：（碩士學位論文） .北京 :中國科學院電工研究所， 20xx. [2] 于海生 . 微型計算機控制技術 [M].北京 :清華大學出版社， 1998. [3] 馮勇 . 現代計算機控制系統 [M].哈爾濱 : 哈爾濱工業大學出版社， 1997. [4] Isidro Sanchez, Julio R Banga， Antonio A Alonso. Temperature control in microwave bination ovens[J]. Journal of Food Engincering, 20xx,46: 2129. [5] 鄢景華 . 自動控制原理 [M]. 哈爾濱 : 哈爾濱工業大學出版社， 1996. 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Control Theory amp。 比較與總結 上個章節曾提到自適應模糊 PID 控制效果比較理想。 IK 越大，系統的靜態誤差消除越快，但 IK 過大，在響應過程的初期會產生積分飽和現象，從而引起響應過程的較大超調。選擇較多的詞匯可以更精確的描述變量，提高控制精度，但會使控制規則變得復雜；選擇的詞匯過少則使變量描述粗糙，導致控制性能變壞。 基于模糊 PID 的電阻爐溫度自動控制系統 21 模糊 PID控制器的輸入輸出變量及其模糊化 在工程實際應用中，二維模糊控制器的控制性能和控制復雜性較好，是目前較為廣泛采用的一種形式。 基于以上相關的理論研究和分析，我們總結出模糊 PID 控制器的設計分為如下部分 : (l)確定模糊 PID 控制器的輸入和輸出變量。 各語言變量模糊子集通過隸屬度函數來定義，為了提高穩態點控制的精度， 基于模糊 PID 的電阻爐溫度自動控制系統 18 量化方式采用非線性量化： 表 32 模糊集的隸屬度函數 誤差 e 30 15 5 0 5 15 30 誤差 率 de 90 30 10 0 10 30 90 控制 v 16 4 2 0 2 4 16 量化 等級 3 2 1 0 1 2 3 狀態 變量 相關的隸屬度函數 PB 0 0 0 0 0 1 PS 0 0 0 1 0 ZE 0 0 0 0 0 NS 0 1 0 0 0 NB 1 0 0 0 0 0 (4)模糊控制規則的確定 模糊控制規則實質上是將操作員的控制經驗加以總結 而得出一條條模糊條件語句的集合。如前所述，比較常用的有 Mamdani 型。?????? 在線運行過程中， 控制系統通過對模糊邏輯規則的結果處理、查表和運算，完成 PID 參數的在線自適應。故在接近穩態點時切換成 PI 控制，一般都選在偏差語言變量的語言值為零時， (這時絕對誤差實際上并不一定為零 )切換至 PI 控制。就是將模糊輸出量轉化為能夠直接控制執行部件的精確輸出量的過程。這些被控對象可以是確定的或模糊的、單變量或多變量、有滯后或無滯后、也可以是線性或非線性、定常或時變，以及具有干擾和 耦合等多種情況。在此以后，模糊邏輯應用最有效、最廣泛的領域就是模糊控制，并且在各種領域解決了傳統控制理論無法解決的問題，取得了一些令人信服的成效。 (2)增量式算法得出的是控制量的增量，例如閥門控制中，只輸出閥門開度的變化部分，誤動作影響小，必要時通過邏輯判斷限制或禁止本次輸出，當計算機出現故障時，可以保持原值，而且比較容易通過加權處理而獲得比較好的控制效果。積分作用雖然可以消除靜差 ，但不能及時克服靜差，偏差信號產生后有滯后現象，使調節過程緩慢，超調量變大，并可能產生振蕩。 （ 3）基于 模糊自調整 PID 控制 的 鍋爐 控制 模糊自調整 PID 控制 用在 鍋爐 控制中，能對不確定的條件、參數、延遲和干擾等因素進行檢測分析，采用模糊推理的方法實現 PID 參數 KP， KI，KD 的在線自整定，不僅保持了常規控制系統原理簡單、使用方便、魯棒性較強等優點，而且具有更大的靈活性、適應性，控制也更精確。 PID 控制器具有原理簡單、易于實現、適用范圍廣等優點。 關鍵詞 ： 溫度控制系統；電阻爐爐；模糊控制； MATLAB； PID 控制 II Abstract Now, a lot of industrial production process requires the use of boiler equipment,temperature control system of boiler has many problems, such as the lag phenomenon is serious, it is difficult to establish accurate mathematical model. I performed simulation studies, taking the electric heating boiler as the research object, through the analysis and Research on fuzzy control method, using MATLAB in the Simulink and the Fuzzy toolbox simulation analysis. Through the fuzzy control method is applied in the boiler temperature control system,we can overe the serious lag phenomenonthe in the temperature control system, and can improve the stability of the system. The following is the chapter division: The first chapter introduces the research background and significance, the development status of the domestic and foreign boiler temperature control system, the significance of this topic and the main work of this paper The second chapter introduces the development history, the fuzzy control theory and the basic idea and characteristics, the fuzzy controller and fuzzy control algorithm. The third chapter introduces the analysis of controlled object and its control method. The fourth chapter introduces the simulation design of temperature control system for electric boiler characteristics, the fuzzy controller and the temperature control system. The fifth chapter is a brief summary of the whole thesis. Keywords: temperaturecontrol system。在關于溫度控制的絕大部分文獻資料中，控制結果都是有超調的而且很多時候超調量較大，本論文是基于這一特點，研究一種控制方案使其調節時間快，穩態誤差也非常小的理想效果。但這類方法需要知道精確的被控對象的數學模型形式。 圖 模擬 PID 控制器系統框圖 PID 控制器是一種線性控制器，它根據給定值 r (t)與 實際輸出值 y (t)構成偏差 : )t(y)t(r)t(e ?? () 將偏差比例、積分和微分控制，通過線性組合構成控制量，對被控對象進行控制，故稱 PID 控制器。 顯然，上述離散化過程中，采樣 周期 T必須足夠短，才能保證有足夠的精度。在設計控制系統的過程中人們主要關心的問題是 PID 控制器，只能通過整定一組“設定值跟蹤特性”和“干擾抑制特性”。另一方面，現代工業對控制過程不僅要求控制的精確性，還要求控 制的魯棒性、實時性、容錯性及對控制參數的自適應性，而傳統控制存在的局限性使之不能從根本上解決這些問題。控制器的輸入 X 被模糊化為一關系 x，模糊輸出 Y 可應用合成推理規則進行計算，對模糊輸出 Y 進行模糊判決 (解模糊 )得到精確的數值輸出 y，對控制對象進行控制。故把 PI(PID)控制策略引入模糊控制器，構成 FuzzyPI(或 PID)復合控制，使動靜態性能都得到很好的改善，即達到動態響應快，超調小、穩態誤差小。自適應調整過程是模仿人的思維過推理實現的，由于人固有的特性，這一過程又一定是模糊的，如“如果當前偏差很大而偏差變化的速度仍很慢，則加大調節作用，以提高系統響應速度”，“如果前偏差已很 小而偏差變化的速度仍很大，則減小調節作用，以便減小系統超調”等為簡化運算，使問題求解難度降低，以