基于模糊pid控制電阻爐的溫度系統設計與仿真畢業論文-資料下載頁

【導讀】存在很多問題，比如超調量比較大，超調時間比較長等問題。本文以電阻爐溫度。MTALAB中的Simulink和Fuzzy工具箱，進行仿真研究。通過將模糊PID控制方法應。溫度是人類在生產過程和科學實驗中非常普遍而又非常重要的參數。起著至關重要的作用。準確地測量溫度并且有效地控制溫度是優質、高產、低耗。和安全工業生產中的重要條件。由此可見溫度控制電路在社會生活中被廣泛應用，所以對溫度進行控制。在關于溫度控制的絕大部分文獻資料中，控制結果。經典控制方案基本可分為數字控制器的間接設計方案和直接設計方案。系統中的控制器設計是以PID控制器為代表。PID控制器具有原理簡單、易于實。現、適用范圍廣等優點。周期確保數字控制器與模擬控制器的近似。控制系統進行分析綜合通過數。極小化預先確定的性能指標函數或使控制系統滿足希望的響應確定控制。定量分析性能指標能，得到比較好控制品質。但這類方法需要知道精確的被控對。象的數學模型形式。

　　

【正文】 是在響應過程中抑制偏差向任何方向的變化，對偏差變化進行進行提前預報。但 DK過大，會使響應過程提前制動，從而延長調節時間，而且會降低系統的抗干擾性能。 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。 ②當溫度偏差 |e|和偏差變化 |ec|處于中等大小時，為使系統響應具有較小 基于模糊 PID 的電阻爐溫度自動控制系統 25 的超調， PK 應取得小些， IK 和 DK 取值要適當，這時 DK 的取值對系統響應的影響較大。 ③當 |e|較小即接近于設定值時，為使系統有良好的穩態性能， PK 和 IK 均取大些。同時為了避免系統在設定值附近出現振蕩，并考慮系統的抗干擾性能，一般是當 |ec|較小時， DK 可大些 。當 |ec|較大時， DK 取小些。 ④偏差變化量 |ec|的物理意義是表明溫度偏差變化的快慢速率， |ec|值越大， PK 的取值越小， IK 取值越大 ]22[ 。 根據以上已有的 PID 調節規律，結合本設計中實際電阻爐溫度對象的控制特 點，分別建立了如下針對△ PK ,△ IK ,△ DK 三個參數整定的控制規則表 . 表 模糊變量△ Kp 的模糊規則表 E EC NB NM NS 0 PS PM PB NB PB PB PM PM PS 0 0 NM PB PB PM PS PS 0 NS NS PM PM PM PS 0 NS NS 0 PM PM PS 0 NS NM NM PS PS PS 0 NS NS NM NM PM PS 0 NS NM NM NM NB PB 0 0 NM NM NM NB NB 表 模糊變量△ Ki 的模糊規則表 E EC NB NM NS 0 PS PM PB NB NB NB NM NM NS 0 0 NM NB NB NM NS NS 0 0 NS NB NM NS NS 0 PS PS 0 NM NM NS 0 PS PM PB PS NS NS 0 PS PS PM PB PM 0 0 PS PS PM PB PB PB 0 0 PS PM PM PB PB 基于模糊 PID 的電阻爐溫度自動控制系統 26 表 模糊變量△ Kd 的模糊規則表 E EC NB NM NS 0 PS PM PB NB PS NS NB NB NB NM PS NM PS NS NB NM NM NS 0 NS 0 NS NM NM NS NS 0 0 0 NS NS NS NS NS 0 PS 0 0 0 0 0 0 0 PM PB NS PS PS PS PS PB PB PB PM PM PM PS PS PB 查詢模糊控制表得到三個 PID 控制參數的修正量即△ Kp，△ Ki 和△ Kd,則PK , IK , DK 參數按下式計算。 KdKdKKiKiKKpKpKp0D0I0????????? 上式中 0Kp , 0Ki , 0Kd 是 PID 控制器的原始值，一般根據現場調試由經驗值設定。△ Kp，△ Ki 和△ Kd 為模糊控 制器的輸出值即 PID 的修正量 PK , IK , DK 為 PID實際控制量。 基于模糊 PID 的電阻爐溫度自動控制系統 27 4 仿真研究與比較 PID 控制 以下就是 Simulink 中創建的用 PID 算法控制電電阻爐溫度的結構圖： 圖 PID 控制系統仿真結構圖 在圖中的 PID 模塊中對三個參數進行設定，通過不斷調整 PID 三參數，得到最佳仿真曲線，其中 , PK =2， IK =， DK =，當定值為 10 時得到的仿真結果如下： 圖 PID 控制響應曲線 可見性能指標為：調節時間 ts=400s，超調量σ %約為 20%，穩態誤差 ess=0。、 ： 基于模糊 PID 的電阻爐溫度自動控制系統 28 電阻爐模糊控制 使用模糊控制器在 Simulink 中構建整個控制系統，如下圖所示： 圖 純模糊控制系統仿真結構框圖 仿真結果如圖 ： 圖 純模糊控制響應曲線 可見性能指標為 ：調節時間 ts=200s，超調量σ %約為 3%，可穩態誤差穩態誤差 ess=0。 電阻爐模糊 PID 控制 使用模糊控制器在 Simulink 中構建整個控制系統，如下圖所示 基于模糊 PID 的電阻爐溫度自動控制系統 29 圖 自適應模糊 PID 控制系統仿真結構圖 對應的仿真曲線結果如下面各圖： 圖 自適應模糊 PID 控制系統的響應曲線 由上面個圖看出性能指標：調節時間 ts最大約為 180s，超調量σ %=0，穩態誤差 ess=0。 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。本章節經過以上對 PID控制、模糊控制和自適應 模糊 PID 控制三種方案的仿真研究和分析，從下表中明顯看出： 基于模糊 PID 的電阻爐溫度自動控制系統 30 表 三種控制方法的比較 調整時間 超調量 穩態誤差 PID 控制 400s 20% 0 模糊控制 200s 3% 0 模糊 PID 控制 180s 0% 0 PID 控制響應曲線超調量較大，純模糊控制有超調量但是較小，而自適應模糊 PID控制方法可實現調節時間短、超調量為零、穩態誤差為零等非常理想的性能指標。 基于模糊 PID 的電阻爐溫度自動控制系統 31 5 總結與展望 本文主要研究了電阻爐溫的模糊 PID 控制器設計。對比純 PID 控制、純模糊控制自適應模糊 PID 控制方法，單純 PID 控制使得超調量比較大，單純模糊控制使超調量也比較大，只有自適應模糊 PID 控制方法能夠保證超調量和穩態誤差都很小可以幾乎不計。 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。控制規則往往是由對被控過程十分熟悉的專門人員給出的，所以模糊控制在本質上來說是一種專家控制。這種控制的控制規則充分反映了人的智能活動。但它的缺點在于主觀性比較大，不能按給定的控制性能指標進行優化設計。本文設計的模糊 PID 控制器雖然具有較好的控制品質，但是并不能充分的發揮 模糊 PID 控制的優點。 今后將研究以下兩個方面的內容： 基于模糊 PID 技術的控制系統是離線計算形成模糊控制表的，因而沒有在線模糊推理功能，同時系統沒有自學習能力，如果能夠和神經網絡結合可進一步提高系統的適應能力。在這方面需要以后進行研究和探討。 模糊 PID 控制屬于智能控制的一部分，如果設計具有強適應性和較高智能的控制系統則需要增加硬件和軟件功能。 基于模糊 PID 的電阻爐溫度自動控制系統 32 致謝 首先我要感謝我的指導導師 ，本課題是在段老師的悉心指導下完成的。段老師淵博的知識、嚴謹求實的治學態度、兢兢業業的工作作風 、高尚的道德情操和寬以待人的優秀品質給我留下了非常深刻的印象。 半年來，段老師在學習、生活和工作方面給了我無微不至的關懷。在學術上給了我莫大的啟迪和幫助，使我拓展了知識面，更使我在發現問題、分析問題方面的能力都有了明顯的提高，這一切都將使我受益終生，在此向段老師表示我最誠摯的敬意 ! 其次我要特別感謝我的老師們、同事們、師兄姐弟妹們和學生們給予的大力支持和幫助，在此一并向他們表示衷心的感謝 ! 最后還要感謝在百忙之中抽出寶貴時間對本論文進行評審的各位專家們，衷心感謝您們對這篇論文提出的寶貴意見。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. [6] 吳為民，王仁麗 . 溫度控制系統的發展概況 [J]. 工業爐， 20xx，24(20) :1820. [7] 楊濤，高偉，黃樹紅 . 基于 Matlab 的鍋爐過熱汽溫模糊控制系統仿真 [J].華中科技大學學報， 20xx,31(4):6365. [8] 胡澤新，周金榮，黃道 . 多變量非線性自整定 PID 控制器 [J].控制理論與應用， 1996,4: 268272. [9] 邵紅，李川香 .一種基于 FuzzyPID 的溫度控制系統 [J]. 自動化儀表， 20xx, 23(9): 7072. [10] 孫凱，李元利 .電阻爐溫度控制系統 [J].傳感器技術， 20xx,22(2): 5052. [11] 旺光陽 .基于模糊工具箱和 SIMULINK 的模糊控制系統計算機仿真 [J]. 安徽工業大學學報， 20xx， 8： 5657. [12] Roger Jang J S. ANFIS: Adaptive Networkbased Fussy Interence Systems[J]. IEEE ， Man and Cybematics,1993,23(3): 665685. [l3] Zhang Bin, Wang Jingcheng, Zhang Jianmin. Dynamic model of reheating furnace based on fuzzy system and geic algorithm[J]. Control Theory amp。 Application, 20xx,20(2):293296. [14] 雷勇 . 單參數 PID 模糊控制器的設計 [J]. 電子技術應用， 1998,610. [15] 李林靜 . 基于單片機的爐溫控制系統 [J]. 通用機械， 20xx， 1:5052 [16] 李士勇 . 模糊控制神經控制和智能控制論 [M] .哈爾濱 :哈爾濱工業大學出版社， 1996. [17] 蘇金明 . 實用指南 [M]. 北京 :電子工業出版社 , 20xx [18] 李芳 ,白曉虎 ,紀建偉 . 基于模糊控制的溫室控制系統的研究 [J].農機化研 基于模糊 PID 的電阻爐溫度自動控制系統 34 究， 20xx（ 1）： 8384. [19] 韓峻峰，李玉惠 . 模糊控制技術 [M]. 重慶：重慶大學出版社 ， 20xx [20] 李迎霞 ,杜尚豐 .中國溫室環境智能控制算法研究進展 [J].農業工程學報，20xx， 20（ 2）： 267271.