【正文】 9 21 吳曉莉，林哲輝 .MATLAB 輔助模糊系統(tǒng)設(shè)計(jì) .西安電子科技大學(xué)出版社， 20xx: 20xx4 22 王沫然 .Simulink 4 建模及動態(tài)仿真 .電子工業(yè)出版社，20xx: 1026 23樓順天，胡昌華，張偉 .基于 MATLAB 的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)一模糊系統(tǒng) .西安電子科技大學(xué)出版社， 20xx: 2456 24陶永華 .PID控制原理和自整定策略 .工業(yè)儀表與自動化裝置， 1997 (4):6064 25 劉國榮，陽憲惠 .模糊自適應(yīng) PID 控制器 .控制與決策，1995 } 10(6)558562 125 一 127 26李卓 .基于 Fuzzy推理的自調(diào)整 PID控制器 .控制理論與應(yīng)用， 1997(2):2430 27邱志雄 .模糊 PID 控制器 .電氣自動化， 1994, (4): 3}7 28 倪忠遠(yuǎn) .自整定 PIDFuzzy 控制器在爐溫控制中的應(yīng)用 .自動化與儀表， 1996 (5) : 3040 29 劉金餛 .先進(jìn) PID 控制 MATLAB 仿真 .電子工業(yè)出版社，20xx: 115 申報材料清單（申報論文一篇，相關(guān)資料名稱及數(shù)量） 申報論文一篇 《基于模糊 PID控制的電鍋爐溫度控制系統(tǒng)的研究》 所在學(xué)院 科研負(fù)責(zé) 人簽章 年 月 日 當(dāng)前國內(nèi)外同類課題研究水平概述 溫度控制在工業(yè)控制中一直是富有新意的課題，對于不 同的控制對象，有著不同的控制方式和模式。 作品的實(shí)際 應(yīng)用價值和 現(xiàn)實(shí)意義 目前國內(nèi)電熱鍋爐控制大都采用的是開關(guān)式控制，甚至是人工控制方法。 □是 □否 （部門蓋章） 年 月 日 學(xué)院負(fù)責(zé) 人或指導(dǎo) 教師意見 本作品是否為課外學(xué)術(shù)科技或社會實(shí)踐活動成果 □是 □否 負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日 申報作品情況（自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文） 作品全稱 基于模糊 PID 控制的電鍋爐溫度控制系統(tǒng)的研究 作 品 分 類 ( A） A．機(jī)械與控制（包括機(jī)械、儀器儀表、自動化控 制、工程、交 通、建筑等） B．信息技術(shù)（包括計(jì)算機(jī)、電信、通訊、電子等） C．?dāng)?shù)理（包括數(shù)學(xué)、物理、地球與空間科學(xué)等） D．生命科學(xué)（包括生物、農(nóng)學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、健 康、衛(wèi)生、食品等） E．能源化工（包括能源、材料、石油、化學(xué)、化 工、生態(tài)、環(huán)保等） 作品撰寫的 目的和基本 思路 ，對被控對象進(jìn)行理論分析，建立被控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，提出適合于鍋爐水溫過程控制的純 PID控制、加入 Smith 預(yù)估器的 PID 控制、模糊控制、參數(shù)自整定模糊 PID 控制方法。并對控制算法的實(shí)現(xiàn)、控制器的設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)整進(jìn)行深入研究。采用這些控制方法的系統(tǒng) 穩(wěn)定性不好，超調(diào)量大，同時對外界環(huán)境變化響應(yīng)慢，實(shí)時性差。溫度系統(tǒng)慣性大、滯后現(xiàn)象嚴(yán)重，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，給控制過程帶來很大難題。通過對電鍋爐溫升特點(diǎn)的分析，建立了模糊控制規(guī)則表。本文以電鍋爐為研究對象，研究一種最佳的控制方案，以達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定、調(diào)節(jié)時間短且超調(diào)量小的性能指標(biāo) 。 借助 matlab 中的 Simulink 和 Fuzzy 工具箱，對電鍋爐 PID控制系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。參數(shù)整定 。 parameters tuning。 2 被控對象及控制策略研究 被控對象 電鍋爐是將電能直接轉(zhuǎn)化為熱能的一種 能量轉(zhuǎn)換裝置本文研究對象為直熱式熱水鍋爐，采用電阻式加熱，工作壓力為 M pa，鍋爐內(nèi)最高水溫 95℃ 。通過水位的判別，調(diào)節(jié)補(bǔ)水閥的起、停。其傳遞函數(shù)可由式 (21)表示 : ? ? 1TS eKsG s??? ? （ 21） 式 (21)中 K—— 對象的靜態(tài)增益 。 K 值越大，表示被控對象的自平衡力小 。 第二個可采用方案是模 糊控制，由于它是以先驗(yàn)知識和專家經(jīng)驗(yàn)為控制規(guī)則的智能控制技術(shù)，可以模擬人的推理和決策過程，因此無須知道被控對象的數(shù)學(xué)模型就可以實(shí)現(xiàn)較好的控制，且響應(yīng)時間短，可以保持較小的超調(diào)量 。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??????? ??? ? dt tdeTtdteT1teKtu dip （ 23） 式中 u（ t） —— 控制器的輸出 。 ??tedtdTd 微分控制項(xiàng)， Td 為微分時間常數(shù)。 模糊控制系統(tǒng)是由被控對象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、過程輸入輸出通道、檢測裝置、模糊控制器等幾部分組成。 圖 24 中， ut是被控對象的輸入， y(t)是被控對象的輸出，s(t)是參考輸入， e 為誤差。 查表法適用于輸入、輸出論域?yàn)殡x散有限論域的情況。 現(xiàn)，由控制 算法計(jì)算出輸出量，根據(jù)輸出量判斷繼電器的通斷。 水溫的檢測元件采用數(shù)字式傳感器。 Smith 補(bǔ)償?shù)脑硎?:與PID 控制器并接一個補(bǔ)償環(huán)節(jié)，這個補(bǔ)償環(huán)節(jié)就是 Smith 預(yù)估器， 其傳遞函數(shù)為 (1 一 e τS)G(S)(τ為滯后 時間 )，即加入Smith (38) 分解得 (39) 在 Simulink 中建立的帶 Smith 預(yù)估器的 PID 結(jié)構(gòu)圖如圖 34 所示 : 圖 34 帶有 Smith 預(yù)估器的 PID控制系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖 PID 參數(shù)的整定 1. ZieglerNichols( 齊格勒一尼柯爾斯 )參數(shù)整定 它是在實(shí)驗(yàn)階躍響應(yīng)的基礎(chǔ)上，或者是在僅采用比例控制作用的條件下，根據(jù)臨界穩(wěn)定性中的 Kp 值建立起來的。 由圖 35 可見，在齊格勒一尼柯爾斯參數(shù)整定下純 PID 控制系統(tǒng)性能指標(biāo)為調(diào)節(jié)時間 tss = 1400秒，超調(diào)量δ %= %，穩(wěn)態(tài)誤差 ess=0 圖 36 ZieglerNichols 參數(shù)整定帶有 Smith 預(yù)估器的 PID 控制響應(yīng)曲線圖 由圖 36 可 見 ，ZieglerNichols 參 數(shù) 整 定 帶 有Smith 預(yù)估器的 PID 控制系統(tǒng) 性能指標(biāo)為 :調(diào)節(jié)時間 tss =1070秒，超調(diào)量δ %=5%，穩(wěn)態(tài)誤差ess=0。 由圖 38 可見， ChienHrones 參數(shù)整定帶有 Smith 預(yù)估器的指標(biāo)為 :調(diào)節(jié)時間 tss= 1250 秒，超調(diào)量δ %=%穩(wěn)態(tài)誤差 ess==0。仿真結(jié)果如圖 39 和 310 所示。在確定性控制系統(tǒng)中，根據(jù)輸入變量和輸出變量的個數(shù)，可分為單變量控制系統(tǒng)和多變量控制系統(tǒng) 。因此本文所設(shè)計(jì)的模 糊控制器均采用的是 Mamdani 型模糊推理方法。溫度控制規(guī)則共 49條如表 33 所示 : 表 33 電鍋爐溫度控制規(guī)則表 然后，用電鍋爐模糊控制器在 Simulink 中構(gòu)建整個控制系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖如圖 316 所示 : 圖 317 為當(dāng)給定值為 60 0C 時，模糊控制器控制電鍋爐溫度控制系統(tǒng)仿真響應(yīng)曲線圖。而純模糊控制當(dāng)以偏差和偏差的變化率作為輸入時，相當(dāng)于 PD 控制方式，這類控制器具有良好的動態(tài)特性，但靜態(tài)特性不 理 想 ， 存 在 靜 差 。典型