【正文】 I 畢業(yè)論文 基于模糊 PID 的電阻爐溫度控制器的設(shè)計(jì)與仿真研究 摘 要 電阻爐是一種具有純滯后的大慣性系統(tǒng)，開關(guān)爐門、加熱材料、環(huán)境溫度以及電網(wǎng)電壓等都影響控制過(guò)程，傳統(tǒng)的加熱爐控制系統(tǒng)大多建立在一定的模型基礎(chǔ)上，難以保證加熱工藝要求。因此本文將模糊控制算法引入傳統(tǒng)的加熱爐控制系統(tǒng)構(gòu)成智能模糊控制系統(tǒng)，利用模糊控制規(guī)則自適應(yīng)地在線對(duì) PID 參數(shù)進(jìn)行修改，借此提高其控制效果。 本文首先 采用機(jī)理分析法對(duì)電阻爐正常 工 作時(shí)的溫度對(duì)象進(jìn)行分析，從理論上建立電阻爐被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。 其次 文中設(shè)計(jì)了 三 種控制系統(tǒng)。一種是 PID控制系統(tǒng) ,一種是 純 模糊 控制系統(tǒng)，還有一種是模糊 PID控制系統(tǒng)。 本文分析 研究了常規(guī) PID控制方案、模糊控制方案 ， 并分別對(duì)電阻爐 PID控制系統(tǒng)、純模糊控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。結(jié)果表明 PID控制系統(tǒng)超調(diào)量太 大，模糊控制系統(tǒng)雖然能有效減少超調(diào)量 ，但穩(wěn)態(tài)誤差較 大 。針對(duì) PID控制和模糊控制的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基 于 模糊自適應(yīng) PID的電阻爐溫度控制器。 模糊自整定 PID控制是在一般 PID控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加上一個(gè)模糊控制規(guī)則環(huán)節(jié)，利用模糊控制規(guī)則在線對(duì) PID參數(shù)進(jìn)行修改的一種自適應(yīng)控制系統(tǒng) 。 對(duì)電阻爐的模糊自適應(yīng) PID控制系統(tǒng)進(jìn)行仿 真分析，結(jié)果表明模糊 自 適應(yīng) PID控制可實(shí)現(xiàn)調(diào) 節(jié) 時(shí)問(wèn)短、超凋量小、穩(wěn)態(tài)誤差在177。 l℃內(nèi)的性能指標(biāo)，并對(duì)該控制方案的抗干擾性，魯棒性進(jìn)行了仿真分析，進(jìn)一步驗(yàn)證了該控制方案是一種較為理想的智能型控制方案。 關(guān)鍵詞 ： 電阻爐，仿真， PID控制，模糊控制，模糊 自 適應(yīng) PID控制 II Based on Fuzzy PID Resistance Furnace Temperature Controller Design and Simulation ABSTRACT Resistance furnace has pure lag and larger inertia. There are many factors which affect controlling process, such as opening and closing furnace door, heated metal material, surrounding temperature and wire power. In tradition, heating furnace controlling system is most based on some model, which can’t achieve heating process request. So this paper try in draught fuzzy controlling arithmetic into traditional heating furnace controlling system to form brainpower fuzzy control system. It makes using of fuzzy control rule to selftuning PID parameters on line, and improving its control effect. This paper adopted the main research contents of resistance furnace mechanism analysis on the normal temperature object when analyzed theoretically establish resistance furnace, the mathematical model of the controlled object. This paper designs the three control system. One is the PID control system。 One is pure fuzzy control system, the other is the fuzzy PID control system. The paper studies the conventional PID control scheme, the fuzzy control scheme, and to resistance furnace respectively the PID control system, pure fuzzy control system simulation analysis. Results show that the PID control system overshoots too big, fuzzy control system, while can effectively reduce overshoot meal, but the steadystate error is bigger. Aimed at the PID control and fuzzy control, design the advantages and disadvantages of based on fuzzy adaptive PID resistance furnace temperature controller. to the resistance furnace fuzzy adaptive PID control system simulation analysis, and the results show that the fuzzy adaptive PID control can be realized when asked short, ultra adjust remains in small amount and steadystate error of plus or minus l within177。 l ℃ , and the performance of the control scheme, antijamming robustness simulation analysis, further verified this control scheme is an ideal intelligent control scheme. KEY WORDS: resistance furnace， stimulation， PID control， fuzzy control， fuzzy selftuning PID control III 目 錄 摘要 ..................................................................... I ABSTRACT ................................................................ II 目錄 ................................................................... III 1緒論 .................................................................... 1 課題背景及意義 .................................................... 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .................................................... 2 .................................................... 2 2自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展及電阻爐溫的數(shù)學(xué)模型 .................................. 3 自動(dòng)控制技 術(shù)的發(fā)展 ................................................ 3 自動(dòng)控制技術(shù)及應(yīng)用 ........................................... 3 過(guò)程控制的發(fā)展 ............................................... 4 傳統(tǒng)控制方法 ................................................. 4 智能控制 ..................................................... 5 電阻爐溫的數(shù)學(xué)模型 ................................................ 5 3 PID 控制系統(tǒng) ............................................................ 9 PID 控制的基本理論 ................................................ 9 各個(gè)參數(shù)對(duì) PID 控制效果的影響 ..................................... 10 PID 控制器的仿真研究 ............................................. 10 4 模糊控制系統(tǒng) .......................................................... 12 模糊控制的起源 ................................................... 12 模糊控制 的基本理論 ............................................... 12 模糊控制器的設(shè)計(jì) ................................................. 13 模糊控制器的結(jié)構(gòu)選擇 ........................................ 14 精確量的模糊化 ............................................. 16 建立模糊控制規(guī)則或控 制算法 ................................. 17 模糊推理 ................................................... 17 反模糊化 ................................................... 18 模糊控制表的制定 ........................................... 18 模糊控制器的仿真研究 ............................................. 19 5 模糊 PID 控制 系統(tǒng) ...................................................... 23 模糊 PID 控制器的原理 ............................................. 23 IV 電阻爐溫度的模糊 PID 控制器的設(shè)計(jì) ................................. 24 模糊自適應(yīng) PID 控制器 的仿真研究 ................................... 28 與傳統(tǒng) PID 控制和模糊控制的仿真比較 ............................... 31 結(jié)論 .................................................................... 33 致謝 .................................................................... 34 參考文獻(xiàn) ................................................................ 35 基于模糊 PID 的電阻爐溫度控制器的設(shè)計(jì)與仿真研究 1 1 緒論 課題背景及意義 從 20 世紀(jì) 20 年代開始， 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)水平的提高，電阻 爐 已經(jīng)得到 了廣泛的應(yīng)用，并且在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位。與火焰爐相比，電加熱爐的溫度容易準(zhǔn)確的控制，爐內(nèi)氣氛較易控制，熱效率高，容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化和自動(dòng)化。 溫度控制技術(shù)的發(fā)展 大 致經(jīng)歷了定值開關(guān)控制、 PID 控制和智能控制 三 個(gè)階段。定值開關(guān)控制方法的原理是若所測(cè)溫度比 設(shè) 定溫度低，則開啟控制開關(guān)加熱，反之則關(guān)斷控制開關(guān)。其控溫方法簡(jiǎn)單，沒有考慮溫度變化的滯后性、慣性，導(dǎo)致系統(tǒng)控制精度低、超調(diào) 量大 、震蕩明顯。 PID 控制溫度的效果主要取決 于 P、 I、 D 三個(gè)參數(shù)。 PID 控制對(duì)于確定的溫度系統(tǒng)，控制效果良好，但對(duì)于控制 大 滯后、大慣性、時(shí)變性溫度系統(tǒng)，控制品質(zhì)難以保證。電阻爐是由電阻絲加熱升溫，靠自然冷卻降溫，當(dāng)電阻爐溫度超調(diào)時(shí)無(wú)法靠控制手段降溫，因而電阻爐溫度控制具有 非 線性、滯后性、慣性、不確定性等