基于模糊pid的電阻爐溫度控制器的設計與仿真研究論文-資料下載頁

【導讀】證加熱工藝要求。因此本文將模糊控制算法引入傳統的加熱爐控制系統構成智能模糊控。制系統，利用模糊控制規則自適應地在線對PID參數進行修改，借此提高其控制效果。電阻爐被控對象的數學模型。其次文中設計了三種控制系統。一種是PID控制系統,一種。模糊控制方案，并分別對電阻爐PID控制系統、純模糊控制系統進行仿真分析。明PID控制系統超調量太大，模糊控制系統雖然能有效減少超調量，但穩態誤差較大。穩態誤差在±l℃內的性能指標，并對該控制方案的抗干擾性，魯棒性進行了仿真分析，進一步驗證了該控制方案是一種較為理想的智能型控制方案。

　　

【正文】 下參數 、 和 的模糊控制 規則表 如表 552和 53。 表 51 的模糊控制規則表 EC E NB NM NS Z P PM PB NB PB PB PM PS PS Z Z NM PB PB PM PS PS Z NS NS PM PM PM PS Z NS NS Z PM PM PS Z NS NM NM PS PS PS Z NS NS NM NM PM PS Z NS NM NM NM NB PB Z Z NM NM NM NB NB 表 52 的模糊控制規則表 EC E NB NM NS Z PS PM PB NB NB NB NM NM NS Z Z NM NB NB NM NS NS Z Z NS NB NM NS NS Z PS PS Z NM NM NS Z PS PM PM PS NM NS Z PS PS PM PB PM Z Z PS PS PM PB PB PB Z Z PS PM PM PB PB 基于模糊 PID 的電阻爐溫度控制器的設計與仿真研究 27 表 53 的模糊控制規則表 EC E PS NM NS Z PS PM PB NB PS NS NB NB NB NM PS NM PS NS NB NM NM NS Z NS Z NS NM NM NS NS Z Z Z NS NS NS NS NS Z PS Z Z Z Z Z Z Z PM PB PS PS PS PS PS PB PB PB PM PM PM PS PS PB 然后根據上述模糊控制規則表中整定出的 49條模糊控制規則進行 、 和 三個參數的 自 整定校正， 49條模糊控制規則如下： (1) If(E is NB)and(EC is NB)then( is PB)( is NB)( is PS)。 (2) If(E is NB)and(EC is NM)then( is PB)( is NB)( is NS) (3) If(E is NB)and(EC is NS)then( is PM)( is NM)( is NB) (4) If(E is NB)and(EC is Z)then( is PS)( is NM)( is NB) (5) If(E is NB)and(EC is PS)then( is PS)( is NS)( is NB) 陜西科技大學畢業論文（設計說明書） 28 (6) If(E is NB)and(EC is PM)then( is Z)( is Z)( is NM) (7) If(E is NB)and(EC is PB)then( is Z)( is Z)( is PS) ??? (49) If(E is PB)and(EC is PB)then( is NB)( is PB)( is PB) 模糊自適應 PID 控制器 的仿真研究 按照上節中所設計的模糊自適應 PID控制器，在 MATLAB7． ，首先在 MATLAB的 Fuzzy Logic Toolbox中構建如下 Mamdani型模糊控制器，利用模糊邏輯工 具箱建立一個 FIS型文件，命名為 weilong1． fis，如圖 53所示 。 基于模糊 PID 的電阻爐溫度控制器的設計與仿真研究 29 圖 53 模糊自適應 PID控制器 由圖 53知，模糊 PID控制器的輸入變量為 E和 EC，輸出為控制變量 U。 And操作為取小 min， or操作為取大 max，模糊蘊涵 (Implication)為取小 min，合成 (Aggregation)為取大 max，反模糊 (Defuzzification)用 的是 平均 法 bisector。圖 54是模糊 PID控制器的各個 變量 的隸屬函數圖。 陜西科技大學畢業論文（設計說明書） 30 圖 54 模糊 PID控制器的各個變量的隸屬函數圖 利用模糊自適應 PID控制器在 Simulink環境中建立整個控制系統仿真模型，如圖 55所示： 圖 55 電阻爐模糊自適應 PID控制仿真模型 當給定溫度值為 600℃ 時，電阻爐溫度控制系統的模糊 自 適應 PID控制仿真響應曲線如圖 5— 6所示： 基于模糊 PID 的電阻爐溫度控制器的設計與仿真研究 31 圖 56 模糊控制系統的響應曲線 在模糊 自 適應 PID控制下，在圖 56中，電阻爐溫度控制系統的性能指標為：調節時間 =600s，超調量σ％ =0，穩態誤差 =0。由模糊自適應 PID控制的電阻爐溫度控制系統仿真結果，可以得出，當電阻爐溫度控制系統采用模糊 自 適應 PID控制時，系統的穩定性強，調 節時 間短，超調量小于 0． 5％且穩態誤差為 O，能夠達到要求的性能指標。 仿真比較 根據以上 設計 的三種 控制器，對其 給定溫度值為 600℃ 時 ， 仿真 響應 曲線控制效果的各種參數對比如表 54。 表 54 仿真曲線對比 性能參數控制器 調節時間（ s） 超調量 穩態誤差 PID 控制器 330 25％ 0 模糊控制器 420 0 68 模糊 PID 控制器 550 0 0 模糊 自 適應 PID控制 的仿真結果與 傳統 PID控制和模糊控制的仿真 相 比較 可以看出，陜西科技大學畢業論文（設計說明書） 32 模糊 自 適應 PID控制 的控制效果更好，比 傳統 PID控制 的優點是超調小，穩態誤差小；比模糊控制相比較是穩態誤差小。 因此，通過本文的研究分析得出了電阻爐的 自 適應 PID控制 比 傳統 PID控制和模糊控制 的控制效果更好。 基于模糊 PID 的電阻爐溫度控制器的設計與仿真研究 33 結 論 本文以溫度控制系統為背景，以電加熱爐為控制對象，介紹了在實際工程中常用到的 傳統 PID 控制，模糊控制 。 重點是 本文在 傳統 PID 控制器的基礎上，與 模糊 控制相結合，設計了模糊自整定 PID 控制器，對加熱爐的溫度進行控制。模糊控制是一種不同于傳統的基于對象精確模型的經典控制或現代控制方法。它是基于專家的控制經驗，以模糊集合理論為基礎，對一些難以確定精確數學模型的復雜控制對象進行控制，并且在實際應用中取得了良好的控制效果。本文采用模糊控制的思想，對溫度進行自整定控制，在仿真實驗中取得了良好的控制效果。具體總結如下 : (l) 對傳統 PID 控制系統，模糊控制系統和 模糊 PID 控制系統 的原理以及其參數對控制效果的影響進行了研究分析； (2)分別 設計了 傳統 PID 控制系統，模糊控制系統和 模糊 PID 控制系統， 并以電加熱爐為控制對象進行了仿真研究。 目前模糊控制 已 成為智能自動化控制研究中最為活躍而富有成果的領域之一，而自適應模糊 PID 控制技術的研究非常的廣泛并且仍將成為未來研究與應用的重點技術之一。自適應模糊 PID 控制器在 PID 的基礎上利用了模糊控制的優點進一步完善了 PID控制。雖然仿真環境不能與實際情況完全相同，但是，它的結果還是相當有指導意義的。盡管模糊自整定 PID 控制有許多優點，但是，由于控制對象的復雜性以及在工業控制中的重要地位， 以及時間和能力的關系，在課題過程中還存在以下不足， 還需要進一步對其完善 : (1)對常規 PID 控制，在工程上有多種改進方法，如分區積分、積分分離等， PID 參數的選取更多地依靠實際試湊 。 (2)如何選擇一個比較好的參考模型，使其更易于模糊控制器的整定。 (3)模糊控制器的設計。模糊系統理論本身還有一些重要理論課題沒有解決：如何獲得模糊規則及隸屬函數，目前完全靠經驗進行；如何保證模糊系統的穩定性。所以在模糊控制規則、隸屬度函數的選取、模糊推理方法的選取等方面有待更進一步的深入研究。 在開展課題過程中，我深深地體會到理論研究與工業實際應用之間的巨大差距。要將理論研究更好地應用于實際，需 要更多地接觸實際與大量實驗。 關于模糊自適應的控制方法有許多種，每種方法都有其優點和缺點，本文中的控制方法的優點在于簡單、實用。對模糊自適應控制的研究，本論文只是小小的一部分，還有許多問題需要進一步研究。 陜西科技大學畢業論文（設計說明書） 34 致 謝 本論文是在我的導師 趙艷老師 的悉心指導下完成的。從論文前期材料的準備、選題、撰寫到最后的定稿， 趙 老師都花費了大量的時間和精力，給予了我很 大的指導和幫助。在這里，我要感謝席老師在這段時間 對我學業上的教導和幫助，使我學到了許多知識，開闊了我的視野。在此，特向 趙老師 表示深深的敬意和由衷的感謝 ! 在論文寫作期間，我的好友 王麟 同學和其他許多同學都給了我很大幫助，在此一并感謝 ! 然后，還要感謝我的家人，是他們一直給予我莫大的關心的鼓勵，激勵我認真地過每一天，不斷學習，不斷進步。一段學習生活的結束，也將是一段新的學習生活的開始。前面的道路還很長，我一定會在將來的學習和工作中，認真去做好自己的職責。 最后，敬請各位專家、教授對本論文的缺點和不足之處提出寶貴的意見。 基于模糊 PID 的電阻爐溫度控制器的設計與仿真研究 35 參 考 文 獻 [1] 李先鋒 . 基于模糊 PID的電阻爐溫度控制系統研究 [J]. 寧夏：碩士學位論文，20xx. 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