【正文】 數(shù)與 E和 EC之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行中通過不斷檢測(cè) E和 EC，根據(jù)模糊控制原理來對(duì)這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線修改，以滿足不同的 E和 EC對(duì)控制參數(shù)的不同要求，從而使被控對(duì)象具有良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。在相位 Ⅲ 時(shí)， E EC0，系統(tǒng)輸出朝給定值方向變化。 (2) If(E is NB)and(EC is NM)then( is PB)( is NB)( is NS) (3) If(E is NB)and(EC is NS)then( is PM)( is NM)( is NB) (4) If(E is NB)and(EC is Z)then( is PS)( is NM)( is NB) (5) If(E is NB)and(EC is PS)then( is PS)( is NS)( is NB) 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 28 (6) If(E is NB)and(EC is PM)then( is Z)( is Z)( is NM) (7) If(E is NB)and(EC is PB)then( is Z)( is Z)( is PS) ??? (49) If(E is PB)and(EC is PB)then( is NB)( is PB)( is PB) 模糊自適應(yīng) PID 控制器 的仿真研究 按照上節(jié)中所設(shè)計(jì)的模糊自適應(yīng) PID控制器，在 MATLAB7． ，首先在 MATLAB的 Fuzzy Logic Toolbox中構(gòu)建如下 Mamdani型模糊控制器，利用模糊邏輯工 具箱建立一個(gè) FIS型文件，命名為 weilong1． fis，如圖 53所示 。 因此，通過本文的研究分析得出了電阻爐的 自 適應(yīng) PID控制 比 傳統(tǒng) PID控制和模糊控制 的控制效果更好。自適應(yīng)模糊 PID 控制器在 PID 的基礎(chǔ)上利用了模糊控制的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)一步完善了 PID控制。要將理論研究更好地應(yīng)用于實(shí)際，需 要更多地接觸實(shí)際與大量實(shí)驗(yàn)。前面的道路還很長(zhǎng)，我一定會(huì)在將來的學(xué)習(xí)和工作中，認(rèn)真去做好自己的職責(zé)。從論文前期材料的準(zhǔn)備、選題、撰寫到最后的定稿， 趙 老師都花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力，給予了我很 大的指導(dǎo)和幫助。 (3)模糊控制器的設(shè)計(jì)。它是基于專家的控制經(jīng)驗(yàn)，以模糊集合理論為基礎(chǔ)，對(duì)一些難以確定精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜控制對(duì)象進(jìn)行控制，并且在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的控制效果。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 30 圖 54 模糊 PID控制器的各個(gè)變量的隸屬函數(shù)圖 利用模糊自適應(yīng) PID控制器在 Simulink環(huán)境中建立整個(gè)控制系統(tǒng)仿真模型，如圖 55所示： 圖 55 電阻爐模糊自適應(yīng) PID控制仿真模型 當(dāng)給定溫度值為 600℃ 時(shí)，電阻爐溫度控制系統(tǒng)的模糊 自 適應(yīng) PID控制仿真響應(yīng)曲線如圖 5— 6所示： 基于模糊 PID 的電阻爐溫度控制器的設(shè)計(jì)與仿真研究 31 圖 56 模糊控制系統(tǒng)的響應(yīng)曲線 在模糊 自 適應(yīng) PID控制下，在圖 56中，電阻爐溫度控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)為：調(diào)節(jié)時(shí)間 =600s，超調(diào)量σ％ =0，穩(wěn)態(tài)誤差 =0。 當(dāng) |E|較小時(shí)，為了使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)性能，應(yīng)取較大的 和 ，同時(shí)為避免系統(tǒng)在設(shè)定值附近出現(xiàn)震蕩，并考慮系統(tǒng)的抗干擾性能。 (1)相位 I：在控制信號(hào)作用下，被控參數(shù)處于上升階段。 (3) 當(dāng) |E|較 小時(shí) ，為了使系統(tǒng)具有 良 好 的穩(wěn)態(tài)性能，應(yīng)取較大的 和 ，同時(shí)為避免系統(tǒng)在設(shè)定值附近出現(xiàn)震蕩，并考慮系統(tǒng)的抗干擾性能。 自適應(yīng)模糊 PID控制器以偏差 E和偏差的變化率 EC作為輸入，可以滿足不同時(shí)刻偏差 E和偏差的變化率 EC對(duì) PID參數(shù)自整定的要求。該 模糊控制器 控制規(guī)則共有 49條，如表 41所示： 表 41 模糊規(guī)則表 EC E NB NM NS Z PS PM PB NB NB NB NB NM NM NS Z NM NB NB NM NM NS Z PS NS NM NM NM NS Z PS PS Z NM NS NS Z PS PS PM PS NS NS Z PS PM PM PM PM NS Z PS PM PM PB PB PB Z PS PM PM PB PB PB 其中用模糊語句構(gòu)成的控制規(guī)則如圖 44所示。由 于 模糊控制表的建立是離線進(jìn)行的， 因 此它基于模糊 PID 的電阻爐溫度控制器的設(shè)計(jì)與仿真研究 19 絲毫沒有影響模糊控制器實(shí)時(shí)運(yùn)行的速度。強(qiáng)度轉(zhuǎn)移法是當(dāng)控制系統(tǒng)有精確量輸入時(shí)，精確值在條件語句的前件中所得到的語言變量值強(qiáng)度轉(zhuǎn)移到后件的語言變量值去，從而得到推理結(jié)果的方法。模糊子集的個(gè)數(shù)，實(shí)踐表明，一般選取 39個(gè)為宜，并且通常取奇數(shù) 個(gè)，在“零”、“適中”或“正常”集合的兩邊。此時(shí)模糊控制器的輸出量是輸入量 偏差和偏差變化的非線性函數(shù) (非線性映射 )。設(shè)輸入值為 r(t)，輸出值為 c(t)，偏差為 e(t)，如果令 : e(t)=c(t)r(t) (41) 稱 (41)式所表達(dá)的偏差為正偏差。 例如，對(duì) 于加熱爐溫度控制系統(tǒng)有 : 規(guī)則 1:若加熱溫度太高，則減小加熱裝置開度 規(guī)則 2:若加熱溫度偏高，則稍微減小加熱裝置開度 ? 等等。 模糊控制器的結(jié)構(gòu)選擇 在設(shè)計(jì)模糊控制器時(shí)，首先就是根據(jù)被控對(duì)象的具體情況來確定模糊控制器的結(jié)構(gòu)。如果確定采用模糊邏輯控制，就要決定是用硬 件實(shí)現(xiàn)還是用軟件實(shí)現(xiàn)。 模糊控制 的基本理論 模糊控制屬于計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的一種形式， 因此 ，模糊控制系統(tǒng)的組成類同于一般的數(shù)字控制系統(tǒng)，其基本原理圖如圖 41所示。因?yàn)槿四X的重要特點(diǎn)之一就是有能力對(duì)模糊事物進(jìn)行 識(shí)別和判決，看起來似乎不確切的模糊手段常?？梢赃_(dá)到精確的目的 。通過不斷調(diào)整 PID三參數(shù)，得到仿真曲線，其中 ， =， ， 當(dāng)給 定值為 600℃ 時(shí)得到的仿真結(jié)果如圖 33。這三個(gè)參數(shù)的取值優(yōu)劣將影響 到 PID控制系統(tǒng)的控制效果好壞，其對(duì)控制性能的影響如下： （ 1） 比例作 用 對(duì)控制性能的影響 比例系數(shù)后 的作 用 是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的調(diào) 節(jié) 精度。 基于模糊 PID 的電阻爐溫度控制器的設(shè)計(jì)與仿真研究 9 3 PID 控制 系統(tǒng) PID 控制的基本理論 基 于偏差 的比例 (Proportional)、積分 (Integral)和微分 (Derivative)的控制器簡(jiǎn)稱為PID控制器，它是 工 業(yè)過程控制中最常見的一種過程控制器。 R，稱為對(duì)象的靜態(tài)增益； T=C 智能控制系統(tǒng)是以模擬智能為核心的控制，它研究的重點(diǎn)不在是被控對(duì)象，而是控制器的本身。這種控制算法實(shí)際上在一定程度上也是模仿人的手動(dòng)控制作用。 圖 21 開環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)控制系統(tǒng)是用人 (操作者 )作為控制器與被控對(duì)象的中間環(huán)節(jié)，僅對(duì)被控對(duì)象的狀態(tài)信息進(jìn)行采集，然后通過處理輸出數(shù)據(jù)，操作者根據(jù)輸出結(jié)果對(duì)系統(tǒng) 進(jìn)行操作 。 在本世紀(jì) 40年代前后，工業(yè)生產(chǎn)大多處于手工操作的狀態(tài)，人們主要是憑經(jīng)驗(yàn) 用人工去控制生產(chǎn)過程，生產(chǎn)效率很低。但是，實(shí)際上，許多工業(yè)對(duì)象和控制目標(biāo)常常具有非線性、時(shí)變性和各種不確定性，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。近幾十年來，隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，在宇宙航行、機(jī)器人控制、導(dǎo)彈制導(dǎo)以及核動(dòng)力等高新技術(shù)領(lǐng)域中，自動(dòng)技術(shù)更具有特別重要的作用。 1． 3 本文的研究?jī)?nèi)容 （ 1） 對(duì) 工業(yè)生產(chǎn)中常用的電加熱設(shè)備電阻爐對(duì)象的特性和特點(diǎn) 進(jìn)行了分析 。 王樹清、劉興池采用日本生產(chǎn)的 SR70智能模糊控制器對(duì)電阻加熱爐進(jìn)行控制，穩(wěn)態(tài)精度達(dá) 到 177。這也是控制史上首次利用模糊控制 來 進(jìn)行溫度控制。目前國(guó)內(nèi)成熟的電阻爐溫度測(cè)控系統(tǒng) 主 要以 PID 控制器為主，由 于 其參數(shù)整定不理想， 因 此很難保證電阻爐控制系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性等。 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