毕业设计 温度系统模糊PID控制与MATLAB仿真.docx
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毕业设计(论文)
温度系统模糊PID控制与MATLAB仿真
系别
专业
班级学号
学生姓名
指导教师
温度系统模糊PID控制与MATLAB仿真
摘要
温度是工业中极为常见的参数,几乎所有的工业系统中都有对温度比较严格甚至非常严格的要求,因此温度的控制在工业控制过程中占用很重要的地位。
本文所选电阻炉模型是工业生产中十分常见的系统,同时也是一个具有非线性滞后性、惯性、不确定性等特点的被控对象。
传统PID控制具有结构简单,参数调整方便等优点,所以应用十分广泛,但传统PID控制效果的好坏是基于对象数学模型建立的准确与否,所以对于像电阻炉这种对象模型复杂和难以确定精确模型的控制系统,就存在很大的局限性。
因此会直接影响到系统的控制效果,达不到工艺要求。
随着智能控制的发展,以模糊控制为基础的模糊PID控制发展日益完善,并且在温度控制中取得了比较好的控制效果。
本设计以电阻炉为控制对象,以常规PID控制算法和模糊PID控制算法为理论依据分别对电阻炉进行温度控制。
运用MATLAB软件仿真控制过程,通过在控制过程中不断改变普通PID控制器以及模糊PID控制器的三个参数来达到温度控制的目的。
我们通过仿真结果可以看出,模糊PID控制无论在响应的快速性、抑制系统超调量,还是在抗干扰方面都具有比常规PID控制更好的优越性。
本论文以实际对象进行控制,起到了良好的控制效果,对现实也具有一定的借鉴意义。
关键词:
电阻炉,模糊PID控制,常规PID控制,MATLAB
Thefuzzy-PIDcontrolandMATLABemluator
ofthetemperaturesystem
Author:
JinjianyingTutor:
Jinwei
Abstract
Thetemperatureisanextremelyfamiliarparameterintheindustry,inalmostallindustrialsystemsallhavetothetemperaturemoreandstrictlyevenverystrictrequest,sothecontroloftemperaturetakesupaveryimportantpositionintheindustrythecontroltheprocess.Theelectricresistancestovethatthistextchoosemodelisaveryfamiliarsystem,intheindustrythatproduce,alsointhemeantimeis1tohaven'taftertheline,Zhisex,inertial,indeterminationetc.characteristicsofiscontroledobject.
ThetraditionalPIDcontrolhasstructureinbrief,parameteradjustconvenienceetc.advantage,soapplicationveryextensive,buttraditionalPIDcontrolthequalityofeffectbeaccordingtoobjectmathematicsmodeltobuildupofaccurateornot,soforbeliketheelectricresistancestovethiskindofobjectmodelcomplicationsandhardcertainthecontrolsystemofaccuratemodel,existtoverygreatlylimitsex.Thecontroleffectthereforedirectlyinfluencesystemcouldnotreachacrafttorequest.
Alongwithintelligencecontrolofdevelopment,takemistycontrolasabasalmistyPIDcontroltodevelopperfectdaybyday,andobtainedbettercontroleffectinthetemperaturethecontrol.Thisdesigntakeselectricresistancestoveastocontrolobject,withthenormalregulationsPIDcontrolcalculatewayandmistyPIDcontrolcalculatewayforthetheoriescarriesonatemperaturecontroltotheelectricresistancestoveaccordingtothedifference.MakeuseoftheMATLABsoftwareimitatestruecontrolprocessandpassintheprocessofcontrolincontinuouslychangethreeparametersofcommonPIDcontrollerandmistyPIDcontrollertoattainthepurposeoftemperaturecontrol.
Wepasstoimitateatrueresultandcansee,themistyPIDcontrolsregardlessatthefastforrespondtoandrepressessystemsuperadjustquantity,orallhavetocontrolbetterandsuperiorthanthenormalregulationsPIDintheanti-interferences.Thisthesiscarriesonacontrolbyactualobject,rosegoodcontroleffectandalsohavetocertainlydrawlessonsfrommeaningtothereality.
Keywords:
Resistancefurnace,commonPIDconreol,Fuzzy-PIDcontrol,MATLAB
目录
1绪论
1.1系统研究的来源
1.2电阻炉温度系统设计背景及意义
1.3温度控制的发展概况
1.4本文工作及意义
2控制理论概述及算法实现
2.1经典控制理论
2.1.1常规PID控制理论概述
2.1.2常规PID控制算法
2.2模糊控制理论
2.2.1模糊控制理论概述
2.2.2模糊控制系统的组成
2.2.3模糊控制系统的基本原理
2.2.4模糊PID控制器的设计
3数字PID控制器设计
3.1软件介绍
3.2PID初始参数的整定
3.2.1采样周期T的确定
3.2.2仿真曲线拟合法
3.2.3两种工业常用的参数整定方法
3.3控制系统框图设计
3.3.1常规PID数字控制器设计
3.3.2模糊PID数字控制器设计
4系统调试
4.1PID参数对系统的影响
4.2PID参数的调试步骤
4.3常规PID控制器参数调整及仿真
4.4模糊PID仿真
4.5系统仿真结果分析
4.5.1常规PID仿真结果分析
4.5.2模糊PID仿真结果分析
4.6两种控制器性能的比较:
5模糊控制发展前景
结束语
致谢
参考文献
附录A:
英文文献
附录B:
中文翻译
附录C:
M语言源程序
1绪论
1.1系统研究的来源
早期的控制系统被称为模拟控制系统,按照不同的功能和使用要求划分为传感器、变送器、调节器、执行器和记录设备等若干单元,由于各单元之间采用统一标准信号联络,所以只需进行简单的搭配连接,就可根据过程要求构成各种复杂程度不同的自动检测控制系统,因此就简化了系统的设计、安装、操作和维护,这是模拟控制系统的优势所在。
但是,这同时也使模拟控制系统的使用受到了限制,因为当控制对象改变时,系统就需要进行新的搭配连接以及硬件设备,尤其当控制对象复杂时,系统会出现连线混乱,设备数量增多,成本提高的问题,为了解决这一问题,新的控制系统应运而生,即数字控制系统。
数字控制器解决了模拟控制器的上述问题,当被控对象改变时,计算机及其相应的过程通道硬件只需作少量的变化,甚至不作任何变化,而只需面向新对象重新设计一套新的控制软件即可,即使对象复杂,也可完全由软件编程控制而不需要对硬件作改变,从而降低了系统成本,减小了设备体积,同时,计算机所具有的数据存储、状态数据显示、管理功能都使计算机控制系统明显优于模拟控制系统,从而使得计算机控制系统被广泛使用,数字控制器的研究也在不断地发展更新。
随着计算机控制系统的广泛使用,技术越来越成熟,我们可以针对不同的控制对象,首先建立相适应的数学模型,然后按照系统的控制要求编制不同的控制算法,实现控制目标。
但是当被控对象是不精确的、时变的、非线性的或者操作条件和运行环境是不确定的时候,采用常规的常规的控制方法就难以达到控制指标,为了解决这一问题,新的控制策略随之产生,即采用鲁棒控制、预测控制、模糊控制等不太依赖于对象模型的新型控制策略,使人们对控制效果更加满意。
根据以上信息,我选择了数字控制器的设计,通过对研究对象的数据采集建立数学模型,分别对其采用数字PID与直接设计数字控制器D(z)俩套方案进行控制,并将两种控制结果进行对比,比较各自优缺点。
最后试着采用模糊控制规则对被控对象进行新的控制,得出这种新型控制策略优于原始数字控制器的长处,从而更深刻把握各种控制策略的适用范围。
1.2电阻炉温度系统设计背景及意义
从20世纪20年代开始,电阻炉就在工业上得到使用。
随着科学技术的发展,电阻炉被广泛的应用在冶金、机械、石油化工、电力等工业生产中,在很多生产过程中,温度的测量和控制与生产安全、生产效率、产品质量、能源节约等重大技术经济指标紧紧相连。
因此各个领域对电阻炉温度控制的精度、稳定性、可靠性等要求也越来越高[1]。
电阻炉是由电阻丝加热升温,靠自然冷却降温,当电阻
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