温控系统的智能PID控制算法研究

论文摘要

电加热炉是工业过程中、实验室里应用非常广泛的加热设备,对它的温度进行控制是典型的过程控制。电加热炉具有非线性、时变性、滞后性、不对称性,常规PID控制只有在参数整定准确的且系统不发生剧烈变化的情况下,才能够达到较高的控制精度。然而这两点对一般的电加热炉温度控制系统来说都难以满足,所以本文提出了基于综合策略的智能PID控制算法用于实现对电加热炉的精确控温。首先采用基于开环控制的递推最小二乘法或者基于闭环响应性能指标的估计法对电加热炉温控系统的一阶惯性加滞后模型参数进行估计,然后由此粗略模型按照基于时域的PID参数整定规则求得控制器设计参数的初始值。接着,运用仿人智能控制、单神经元控制等先进控制理论在线实时改变PID控制策略,以适应过程的需要,克服系统时变性带来的影响,保证系统在不同温度区域有相同的控制效果,仿人智能PID控制模仿人的经验,根据输出模态进行调整PID参数;神经元PID控制通过在线学习调整连接权系数达到修正PID参数的目的。另外算法还采用了预测PID控制克服了常规PID只能根据当前误差量进行控制的缺点,通过在控制器上增加一个预报项,消除纯时滞对系统的影响。上述基于综合策略的电加热炉温度控制方法,既发挥了智能控制的鲁棒性好、动态响应快速、超调量小的特点,又具有PID控制器的动态跟踪品质和稳态精度,还实现了PID参数自整定和自调整的功能。算法经过精简优化后用于PLC温度控制仪表中,实时试验表明该算法具有良好的控温效果,超调小于设定值的3%,稳态精度小于2℃。相信控制算法经过进一步优化后,适用性将更强,用于智能温控仪表中,将取得很好的效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 温控仪表的发展状况
• 1.3 炉温控制技术的概况
• 1.4 炉温控制的要求
• 1.5 课题研究的内容
• 2 炉温控制系统的软硬件构成
• 2.1 电加热炉控制系统
• 2.2 温度数据滤波
• 2.3 智能晶闸管模块
• 2.4 PLC 的介绍
• 2.5 课题研究对象介绍
• 2.6 本章小结
• 3 基于辨识的PID 参数整定
• 3.1 系统辨识的概述
• 3.2 电加热炉温度系统模型的建立
• 3.3 系统辨识的方法
• 3.4 PID 初始参数的整定
• 4 PID 控制及其改进算法
• 4.1 智能自整定PID 调节器
• 4.2 仿人智能PID 控制
• 4.3 单神经元PID 控制
• 4.4 预测PI 控制
• 4.5 控制方法的对比
• 4.6 本章小结
• 5 实时控制试验
• 5.1 控制方案设计
• 5.2 温度控制程序设计流程
• 5.3 实时控制试验和结果分析
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 改进方向
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表论文目录