基于PLC的模糊内模控制在电加热锅炉中的应用研究

论文摘要

本文以实验室中引进的浙江中控公司生产的AE2000实验装置中的电加热锅炉为研究对象，针对电加热锅炉夹套温度控制具有的非线性、滞后性、易受扰动等特点，将模糊PID控制算法以及模糊内模PID控制算法分别引入到PLC中，利用模糊规则在线调整比例系数增量因子ΔKp、内模控制器中滤波器时间常数增量ΔTf等，并采用梯形图进行编程设计。试验在MCGS组态系统中进行，在与常规PID控制效果比较的基础上对两种先进控制算法进行了深入研究。在Matlab仿真软件中建立常规PID控制、模糊PID控制以及模糊内模PID控制的仿真模型，调整对控制性能有影响的相关参数，在模型匹配与失配两种情况下将常规PID算法控制效果与两种先进算法的控制效果进行比较。在西门子软件平台上进行二次开发，完成系统I/O组态、控制方案组态、流程图绘制、报表组态等工作，采用梯形图语言进行先进控制算法的编程设计，进行相关的控制试验并调试。试验结果表明，无论在Matlab仿真过程还是在PLC实际应用中，模糊内模PID控制和模糊PID系统较常规PID系统均有明显改变：响应更迅速、超调更小、调节时间更短、稳定精度更高、抗干扰能力及鲁棒性更强，这些都体现出了先进算法的优良控制品质。同时，试验结果还证实了模糊内模PID控制系统比模糊PID系统更具有优越性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 先进控制国内外研究现状分析
• 1.3 PLC 概述
• 1.3.1 PLC 的特点
• 1.3.2 PLC 的应用领域
• 1.3.3 PLC 的分类
• 1.3.4 PLC 未来的发展
• 1.4 课题研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 控制装置与控制系统组成
• 2.1 AE2000 过程控制实验装置
• 2.2 PLC 实验装置介绍
• 2.2.1 PLC 组成原理
• 2.2.2 PLC 的编程语言和编程软件
• 2.2.3 PLC 硬件平台介绍
• 2.3 PLC 控制系统组成
• 2.3.1 PLC 的程序开发系统
• 2.3.2 PLC 的控制监控软件系统
• 2.3.2.1 通用监控系统（MCGS）介绍
• 2.3.2.2 PLC 的监控系统的运行
• 2.4 本章小结
• 第3章 模糊 PID 和模糊内模 PID 控制理论
• 3.1 模糊 PID 控制理论
• 3.1.1 模糊 PID 控制器设计
• 3.2 模糊内模 PID 控制理论
• 3.2.1 IMC–PID 结构设计
• 3.2.2 模糊内模控制器设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于 MATLAB 的先进控制仿真
• 4.1 过程建模
• 4.2 SIMULINK 仿真实现
• 4.3 本章小结
• 第5章 先进控制算法在 PLC 中的实现
• 5.1 模糊内模 PID 控制在 PLC 中的实现
• 5.1.1 查询表的建立
• 5.1.2 程序设计流程图
• 5.1.3 STEP7 实现模糊内模控制器编程设计
• 5.1.4 实验结果及分析
• 5.2 模糊 PID 控制在 PLC 中的实现
• 5.2.1 查询表的建立
• 5.2.2 程序设计流程图
• 5.2.3 关键步骤梯形图程序设计
• 5.2.4 实验结果及分析
• 5.3 模糊内模 PID 控制与模糊 PID 控制的比较
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间担任的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介