稻壳焙烧炉模糊PID温控系统方案的研究

论文摘要

温度是工业控制对象中的主要被控参数之一。温度控制对象热惯性大,易受干扰,并且具有时变、时滞、非线性、强耦合等特性。国内新近提出了一种从稻壳中提取高纯度纳米二氧化硅的工业生产方法。整个生产过程中热解是主要生产工序,热解温度的控制是其关键技术。针对该问题设计一个能够精确控制热解温度的温控系统,实现对焙烧温度的合理控制。本文结合稻壳焙烧炉对温度的技术要求,系统地研究了常规PID控制和模糊控制各自的特点。尝试将两种控制方法相互结合,构成模糊PID控制器,使其发挥各自的优点。PID控制与模糊控制有多种结合方式,本文采用的是模糊自整定PID控制算法。该算法是找出PID三个参数与误差和误差变化率之间的模糊关系,在运行中通过不断检测误差和误差变化率,根据模糊控制原理对三个参数进行在线修改,从而使被控对象具有良好的动、静态性能。文中根据被控对象的特点,完成了模糊自整定PID控制器的设计,阐述了详细的设计过程。为了更好的满足工业生产的需要,本文采用西门子可编程控制器S7-300为控制核心进行系统设计。通过编程的方式实现模糊自整定PID控制算法,采用离线计算的方式将模糊规则制成模糊查询表,通过在线的方式查询模糊控制量输出,最后将PID参数校正值与基准值相加,获得PID参数瞬时值,最后进行PID运算,得到控制量施于控制对象执行器。最后,本文对不同的控制方法在MATLAB中进行仿真实验,重点对模糊自整定PID控制进行了仿真调试。通过对仿真结果的分析比对,得出采用模糊自整定PID控制的方法更能够满足稻壳焙烧炉的技术要求,是一个能达到满意控制效果的设计方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出与研究意义
• 1.2 国内外相关技术的发展现状及分析
• 1.2.1 常规PID 控制
• 1.2.2 智能PID 控制
• 1.3 稻壳焙烧炉简介
• 1.3.1 稻壳焙烧炉基本结构
• 1.3.2 生产工艺流程及其要求
• 1.4 论文研究的主要内容和方法
• 本章小结
• 第二章 PID 控制理论基础
• 2.1 PID 控制基本原理
• 2.2 数字PID 控制基本原理
• 2.2.1 位置式PID 控制算法
• 2.2.2 增量式PID 控制算法
• 2.2.3 PID 控制的改进算法
• 2.2.4 数字PID 控制算法的实现
• 2.3 PID 参数整定方法
• 2.3.1 凑试法
• 2.3.2 ZN 临界比例度法
• 2.3.3 扩充响应曲线法
• 2.3.4 继电型PID 自整定控制策略
• 2.3.5 智能PID 参数自整定法
• 本章小结
• 第三章 稻壳焙烧炉模糊控制器设计
• 3.1 引言
• 3.2 模糊控制数学基础
• 3.2.1 模糊集合
• 3.2.2 模糊关系
• 3.2.3 隶属函数
• 3.3 模糊控制器的设计
• 3.3.1 模糊控制器结构的选择
• 3.3.2 模糊控制规则的设计
• 3.3.3 模糊控制查询表
• 3.3.4 模糊控制器的特点
• 本章小结
• 第四章 模糊PID 控制器的设计及其MATLAB 仿真
• 4.1 模糊PID 控制在温度控制研究方面的目的和意义
• 4.2 模糊PID 控制器的基本形式
• 4.3 模糊自整定PID 控制器设计
• 4.3.1 模糊自整定PID 控制原理
• 4.3.2 输入输出量的模糊化
• 4.3.3 建立模糊控制规则
• 4.3.4 模糊推理与模糊判决
• 4.4 MATLAB 仿真分析
• 4.4.1 MATLAB 仿真简介
• 4.4.2 控制对象的模型
• 4.4.3 常规PID 控制仿真
• 4.4.4 模糊自整定PID 控制仿真
• 4.4.5 量化因子、比例因子及采样时间的选择
• 本章小结
• 第五章 控制系统方案在PLC 中的实现
• 5.1 可编程控制器简介
• 5.1.1 S7-300 系列PLC 的系统组成
• 5.1.2 SIMATIC STEP 7 介绍
• 5.2 控制算法在PLC 中的实现
• 5.2.1 模糊控制在PLC 中的实现
• 5.2.2 PID 控制在PLC 中的实现
• 5.2.3 模糊自整定PID 控制算法在PLC 中的实现
• 本章小结
• 结论与展望
• 1. 结论
• 2. 展望
• 参考文献
• 附录A 模糊自整定PID 控制MATLAB 仿真程序
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢