基于变论域模糊控制的温控器的研究

论文摘要

温度是生产过程和科学实验中普遍而重要的参数,在国民经济的各个部门,对于温度的有效测量和控制都有着广泛的应用。因此,温度控制具有重要的意义,对于它的要求也越来越高。本文基于模糊控制理论,针对温度控制对象的时变性、非线性、大滞后特性、耦合性等特点和难点,利用模糊控制的先天优势,即不需要建立控制对象精确的数学模型,能绕过对象的不确定性、不精确性等影响等等,进行了温控系统的分析和设计。同传统的PID控制比较,模糊控制系统超调量小,鲁棒性强,参数变化不敏感。但同时,模糊控制也有一些严重缺陷,控制动作欠细腻、控制精度不高就是其中重要的一点。作为以往模糊控制器的改进版本,变论域模糊控制器有效的解决了其控制精度不高的问题;在面对不确定性对象时,继承了模糊控制所固有的优秀品质。本文针对近年来兴起的变论域模糊控制思想进行了深入研究,并成功应用于温度控制器的算法设计之中。文章对PID控制、通用模糊控制、变论域模糊控制等方案进行了仿真比较,设计了温控器的硬件系统,并以此为平台进行了三种方法的温度控制实验。仿真和实验的结果均表明变论域模糊控制器的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 温度控制对象的特点
• 1.3 模糊控制理论基础
• 1.3.1 模糊控制系统
• 1.3.2 模糊控制器
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 变论域模糊控制分析
• 2.1 变论域的原因和基本思想
• 2.2 变论域实质分析
• 2.2.1 模糊控制的插值机理
• 2.2.2 高精度模糊控制的实现
• 2.3 变论域伸缩因子分析
• 2.4 控制规则与控制函数的单调性
• 2.4.1 变论域过程对控制函数的影响
• 2.4.2 控制规则单调性与控制函数单调性的关系
• 2.5 变论域模糊控制系统设计
• 2.6 本章小结
• 第3章 模糊控制器设计
• 3.1 模糊控制器设计的主要内容
• 3.2 常规模糊控制器的构建
• 3.2.1 模糊控制器模型建立
• 3.2.2 模糊控制规则设计
• 3.2.3 模糊推理算法选择
• 3.3 常规模糊控制器仿真分析
• 3.4 变论域模糊控制器仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 温控器系统设计
• 4.1 温控器硬件系统
• 4.1.1 基准电路
• 4.1.2 通道切换电路
• 4.1.3 信号放大电路
• 4.1.4 输入端和输出端电路
• 4.2 温控器软件设计
• 4.2.1 总体设计
• 4.2.2 主控制程序
• 4.2.3 控制功能单元
• 4.2.4 MODBUS通讯
• 4.3 本章小结
• 第5章 温度过程控制实验及分析
• 5.1 温度控制实验
• 5.2 PID控制及常规模糊控制器实验分析
• 5.3 变论域模糊控制器实验分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢