模糊自整定PID温控系统的仿真研究及设计

论文题目: 模糊自整定PID温控系统的仿真研究及设计

论文类型: 硕士论文

论文专业: 电路与系统

作者: 王春霞

导师: 刘俊平

关键词: 控制,模糊控制,模糊自整定,控制,仿真,系统设计

文献来源: 东北师范大学

发表年度: 2005

论文摘要: 温度是工业控制的主要被控参数之一,如在冶金、机械、食品、化工、印染、石油加工等工业中,广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等,可是由于温度自身的一些特点,如惯性大,滞后现象严重,难以建立精确的数学模型等,给控制过程带来了难题。本文研究合适的控制方案对电烤箱温度进行控制,技术要求是调节时间短,超调量为零且稳态误差在±1℃内。 对电烤箱这样一个被控对象进行控制,有很多方案可选。 首选的方案是 PID 控制,因为它简单,容易实现,在大多数情况下可以满足性能要求,目前,PID 控制仍占 80%以上。它有可消除稳态误差的优点。PID 控制的性能取决于参数的整定情况,对那些对象模型复杂和模型难以确定的控制系统,具有很大的局限性,而且它的快速性和超调量之间的矛盾关系,使它不一定能满足调节时间短、超调小的技术要求。 第二个值得尝试的方案就是模糊控制,模糊控制鲁棒性好,无需知道被控对象的数学模型,且在快速性方面有着自己的优势;可是由于它的理论并不完善,对它可能获得的控制性能无法把握。而且模糊控制易受模糊规则有限等级的限制而引起稳态误差。 本论文分析了PID控制和模糊控制的优缺点,考虑可以把它们相互结合,实现优势互补。具体采用的是用模糊规则整定KP、KI两个参数的模糊自整定PID控制方法。 文中用 MATLAB 软件对 PID 控制、模糊控制和参数模糊自整定 PID 控制的控制性能和抗干扰能力分别进行了仿真研究,仿真结果表明参数模糊自整定 PID 控制能满足调节时间短、超调量为零且稳态误差在±1℃内的控制要求,且对暂态可回复性干扰、不可回复性干扰和随机干扰都有很强的抑制能力。因此本论文最终确定采用参数模糊自整定 PID 控制方案;另外对其进行了鲁棒性分析,仿真结果表明,它对一阶惯性滞后模型的适应性很强,基本上都能达到相应速度快、零超调、稳态误差很小的理想效果。 设计了以 AT89S52 单片机为核心的温度控制器,选用 Pt100 为温度传感器,采用转换精度高、抗干扰能力强的 4 位半双积分式的 A/D 转换芯片 ICL7135 为 A/D 转换器件,同时由过零触发光电耦合器件 MOC3061 和晶闸管 BTA20 构成驱动执行单元,由按键、LED 数码显示器及报警单元等组成人机联系电路。在进行硬件设计的同时,也设计了相应软件程序流程图。

论文目录:

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 引言

1.1 课题的提出及意义

1.2 文献综述

1.2.1 工业温度控制发展简介

1.2.2 温度微机控制系统控制方案

1.2.3 目前快速发展的一些具体温控方案

1.3 本文所做的工作

第二章 被控对象及控制策略

2.1 被控对象

2.2 PID 控制理论

2.2.1 PID 控制的基本概念

2.2.2 PID 的发展

2.3 模糊控制理论

2.3.1 模糊控制的起源

2.3.2 模糊控制的基本原理

2.3.3 模糊控制的主要优点

2.3.4 模糊控制的现状和发展方向

2.4 模糊PID 控制

第三章 仿真研究

3.1 仿真工具

3.2 MATLAB 及其模糊逻辑工具箱和仿真环境simulink

3.2.1 MATLAB 概况

3.2.2 模糊逻辑工具箱(即Fuzzy Logic Toolbox)

3.2.3 仿真环境Simulink

3.3 仿真和优选

3.3.1 控制对象模型

3.3.2 仿真

3.3.2.1 PID 控制

3.3.2.2 模糊控制

3.3.2.3 参数模糊自整定PID控制

3.3.2.4 以上三种方案抗干扰能力的比较

3.3.2.4.1 干扰1及其仿真

3.3.2.4.2 干扰2 及其仿真

3.3.2.4.3 随机干扰3 及其仿真

3.3.3 方案选择

3.4 该方案的鲁棒性分析

第四章 系统设计

4.1 系统硬件设计

4.1.1 系统结构

4.1.2 电路特点

4.1.3 工作原理

4.2 系统软件设计

结束语

参考文献

致谢

发布时间: 2005-07-07

参考文献

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• [2].柴油机模糊自整定PID智能调速控制策略的研究[D]. 刘国栋.哈尔滨工程大学2012
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• [4].模糊自整定PID控制器的研究及应用[D]. 程启建.西安工业大学2016
• [5].模糊自整定PID控制算法在分子蒸馏装置中的应用研究[D]. 石楠.长春工业大学2012
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• [7].基于模糊自整定PID的热靶温度控制系统研究[D]. 薛洪教.燕山大学2015
• [8].模糊自整定控制技术在振动主动控制中的应用研究[D]. 袁绍军.哈尔滨工程大学2005
• [9].参数模糊自整定PID控制器的研制[D]. 宁海峰.华侨大学2006
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• [1].基于模糊PID控制的电锅炉温度控制系统的研究[D]. 路桂明.哈尔滨理工大学2007
• [2].模糊PID控制器的设计研究[D]. 李晓丹.天津大学2005
• [3].参数模糊自整定PID控制器的研制[D]. 宁海峰.华侨大学2006
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• [7].模糊自适应整定PID控制器的设计[D]. 常晓恒.辽宁工程技术大学2004
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