溫度控制系統(tǒng)智能控制器的設(shè)計與仿真-全文預(yù)覽
【正文】 得很復(fù)雜。從拿到設(shè)計題目到最后成設(shè)計并定稿，其間經(jīng)歷了翻閱相關(guān)資料、熟悉基礎(chǔ)知識、學(xué)習(xí)鞏固 MATLAB 軟件的使用，到開始寫論文以及最后的修改和裝訂成冊這幾個階段。這些不僅僅鞏固了我以前所學(xué)的專業(yè)知識，而且使我接觸了許多以前沒接觸過 的新知識，大大地擴寬了我的知識面?？偟恼f來，通過這次畢業(yè)設(shè)計的完成，我在各方面都有了很大的進(jìn)步。 。 在整個設(shè)計過程中，我得到了呂漢興老師的悉心指導(dǎo)和幫助。在這次設(shè)計過程中，我明顯感覺到自己在許多方面存在不足，譬如，對 Word 的熟練使用，對 MATLAB 軟件的應(yīng)用，對 PID 控制器和 fuzzy 控制器的認(rèn)識，不同控制對象溫度模型的了解等等。在這次畢業(yè)設(shè)計中，我的任務(wù)是完成溫控系統(tǒng)的設(shè)計，包括 PID 設(shè)計和智能控制設(shè)計（ MATLAB）。 在我看來，如果將兩者的優(yōu)點結(jié)合起來，再來研究一個組合的控制器，這樣會達(dá)到更加好的控制效果。 結(jié)論 總地來說，模糊控制較 PID 控制的優(yōu)點在于對模型的精確度要求不是很高，而 PID控制對于模型的變動比較敏感，改動傳遞函數(shù)的結(jié)構(gòu)或者參數(shù)后需要重新調(diào)試 Kp、 Ki、Kd 才能適應(yīng)新模型，而模糊控制一旦調(diào)好參數(shù)后對變動的模型只需 微調(diào)參數(shù)甚至不需要調(diào)參數(shù)就能達(dá)到較好的控制性能。 在上述傳遞函數(shù)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的情況下，即兩個極點和一個延遲環(huán)節(jié)，且參數(shù)不變，觀察到原先的 PID 控制出現(xiàn)震蕩發(fā)散不穩(wěn)定的現(xiàn)象，而原先的 Fuzzy 控制卻仍然華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 能夠保持相對穩(wěn)定。 利用4 9 4 9~ 11R i i i iiiR E E c U??? ? ? ?求取模糊關(guān)系 ,利用 ~( ) RU E Ec?? 進(jìn)行模糊推理從而生成一張 13?13的離線控制表。模糊控 制表是模糊控制算法在計算機中的表達(dá)方式 ,它是根據(jù)系統(tǒng)的輸入輸出個數(shù)、隸屬函數(shù)、及控制規(guī)則等決定的。 因為模糊控制一旦調(diào)好參數(shù)后對變動的模型只需華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 微調(diào)參數(shù)甚至不需要調(diào)參數(shù)就能達(dá)到較好的控制性能。如下圖 36所示： 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 36 系統(tǒng)震蕩特性圖 Step 4： 再利用 ZieglerNichols 調(diào)整法則，即可求出該系統(tǒng)之Ｋ p、 Ti， Td之值。 (3)根據(jù) Ku 和 Tu 值，按照表 l中的經(jīng)驗公式，計算出控制器各個參數(shù)，即 Kp 、 Ti 和 Td 的值。臨界比例度法 ?適用于已知對象傳遞函數(shù)的場合，在閉合的控制系統(tǒng)里，將控制器置于純比例作用下，從大到小逐漸改變控制器的比例增 益 ，得到等幅振蕩的過渡過程。故要求在 PID 控制中不僅 PID 參數(shù)的整定不依賴與對象數(shù)學(xué)模型，并且 PID 參數(shù)能夠 在線調(diào)整，以滿足實時控制要求。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的“微分項”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例加微分的控制器，就能夠提前使克服誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)數(shù)，從而避免了被控制量的嚴(yán)重的沖過頭。 微分（ D）控制 在微分控制中，控制器的輸出和輸入誤差訊號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。其控制器輸出與輸入誤差訊號成比例關(guān)系。 所以， 電烤箱模型的傳遞函數(shù)為 ： 1)( ????TS eKSG s? （ 21） 式（ 21）中 K對象的靜態(tài)增益 T對象的時間常數(shù) τ 對象的純滯后時間 目前工程上常用的方法是對過程對象施加階躍輸入信號，測取過程對象 的階躍響應(yīng)，然后由階躍響應(yīng)曲線確定過程的近似傳遞函數(shù)。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，控制對象各種各樣?？刂葡到y(tǒng)使被控制對象趨于某種需要的穩(wěn)定狀態(tài)。目前國內(nèi)溫控儀表 的發(fā)展，相對國外而言在性能方面還存在一定的差距，它們之間最大的差別主要還是在控制算法方面，具體表現(xiàn)為國內(nèi)溫控儀在全量程范圍內(nèi)溫度控制精度比較低，自適應(yīng)性較差。其中應(yīng)用較多的有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及專家系統(tǒng)等。但是，它的不足也恰恰在于此，當(dāng)對象特性一旦發(fā)生改變，三個控制參數(shù)也必須相應(yīng)地跟著改變，否則其控制品質(zhì)就難以得到保證。前者稱為模擬 PID 控制器 ，后者稱為數(shù)字 PID 控制器。 由于這種控制方式是當(dāng)系統(tǒng)溫度上升至設(shè)定點時關(guān)斷電源，當(dāng)系統(tǒng)溫度下降至設(shè)定點時開通電源，因而無法克服溫度變化過程的滯后性，致使被 控對象溫度波動較大，控制精度低，完全不適用于高精度的溫度控制。若當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值高，則關(guān)斷加熱器，或者開動制冷裝置 。 溫度控制技術(shù)按照控制目標(biāo)的不同可分為兩類：動態(tài)溫度跟蹤與恒值溫度控制。因此，溫度的測量與控制在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域中均受到了相當(dāng)程度的重視。溫度不但對于工業(yè)如此重要，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中溫度的監(jiān)測與控制也有著十分重要的意義。MATLAB/Simulink 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 第一章 緒論 在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。通過仿真實例最后驗證智能控制器的有效性。 1 第一章 緒論 .................................................. 2 選題背景及其意義 ............................................ 2 概述 ........................................................ 2 溫度測控技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 .................................... 2 定值開關(guān)控溫法 ......................................... 2 PID 線性控溫法 ......................................... 3 智能溫度控制法 ......................................... 3 第二章 被控對象及控制策略 ....................... 錯誤 !未定義書簽。華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） I 畢業(yè)設(shè)計 [論文 ] 題目 ： 溫度控制系統(tǒng)智能控制器的 設(shè)計與仿真 2020年 5月 12日 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） II 目 錄 摘 要 ...................................................... 1 Abstract與通常的 PID控制進(jìn)行比較，其優(yōu)點是非常直觀、可以隨意修改仿真參數(shù)，節(jié)省了大量的計算和編程工作量。parameter tu
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