【正文】 的比例，積分、微分進(jìn)行控制的，其參數(shù)可以在現(xiàn)場在線整定，由于軟件設(shè)計(jì)的靈活性，一般可以得到較好的控制效果。盡管 1940 年以來，許多先進(jìn)的控制方法不斷推出，但 PID 控制 方法 以其結(jié)構(gòu)簡單，被廣泛應(yīng)用于冶金、化工、電力、輕工和機(jī)械等工業(yè)過程控制中。對(duì)于時(shí)變對(duì)象和非線性系統(tǒng)，基本的 PID 控制更是顯得無能為力。 第二部分 是積分控制部分，輸出為 ? ? ? ?2 01 tp iu t K e t dtT? ?,只要偏差 e(t)不為 0，它將通過累積作用影響控制量，以求減小偏差 。偏差變化越快， u3(t)越大，反饋校正量越大。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字 PID 控制正在逐漸取代模擬 PID 控制。 增量 式 PID 與位置 式 PID 控制算法，本質(zhì)上是一樣的，僅在計(jì)算方法上有所變化。 1． 擴(kuò)充臨界比例度法 擴(kuò)充臨界比例度法是以模擬 控制 中使用的臨界比例度法為基礎(chǔ)的一種 PID數(shù)字控制參數(shù)的整定方法。控制效果的評(píng)價(jià)函數(shù)通常用 誤差平方面積 ? ?20 e t dt??表示。 （ 4） 根據(jù)所求得的 TΤ 、τ和它們的比值 TΤ /τ，選擇一個(gè)控制度，查表即可求得控制器的 pK 、 iT 、 dT 和采樣周期 T。該算法由于其簡單實(shí)用而被廣大工程技術(shù)人員所熟悉。他以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，用語言規(guī)則表示方法和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，由模糊推理進(jìn)行判決的一種高級(jí)控制策略。 到目前為止，模糊控制還沒有統(tǒng)一的定義。由于被控對(duì)象的不同，以及對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性的要求和所應(yīng)用的控制規(guī)則（或策略）各異，可以構(gòu)成各種類型的控制器，如在經(jīng)典控制理論中，用運(yùn)算放大器加上阻容網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的 PID 控制器和由前饋、反饋環(huán)節(jié)構(gòu)成的各種串、并聯(lián)校正器 。它可以是一種設(shè)備或裝置以及它們的群體，也可以是一個(gè)生產(chǎn)的、自然的、社會(huì)的、生物的或其他各種的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程。自然語言的重要特點(diǎn)是它的模糊性，即自然語言中的某些詞匯很難用定量的方法確定它的確切外延。語言算子是指語言系統(tǒng)中的一類修飾字詞的前綴詞或模糊量詞，通常加在單詞或詞組的前面，用來調(diào)整單詞或詞組的含義。 “屬于”，“接近”，“偏向于”，“傾向于”等詞是另外一種算子，叫做判定化算 子。 模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 模糊控制策略 模糊邏輯控制是以模糊集合論，模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ) 的一種計(jì)算機(jī)控制。 2．計(jì)算誤差變化率 dtde 。 5．模糊推理。一個(gè)單獨(dú)的模糊 ifthen 規(guī)則形式如下： if x is A then y is B 其中， A 和 B 是由模糊集合分別定義在 x， y范圍 (論域 )上的語言值。在 ifthen 規(guī)則中，當(dāng)“ is”分別出現(xiàn)在前提和結(jié)果中時(shí)，其意義完全不同。實(shí)質(zhì)上，該表達(dá)式描述了變量 x 與 y 之間的關(guān)系。 R (42) 6．逆模糊化。 控 制 規(guī) 則模 糊 化 處 理 逆 模 糊 化計(jì) 算 誤 差 變 化 率模 糊 推 理EE CeUu 圖 模糊控制 系統(tǒng) 的組成 3．輸入量的模糊化。 模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般分為六個(gè)環(huán)節(jié)：模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模糊化設(shè)計(jì)，模糊控制規(guī)則設(shè)計(jì)，模糊算法設(shè)計(jì)，反模糊化設(shè)計(jì)和模糊控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)。 模 糊推理是不確定性推理方法的一種，其基礎(chǔ)是模糊邏輯，它是一種以模糊判斷為內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 前提，運(yùn)用模糊語言規(guī)則，推出一個(gè)新的近似的模糊判斷結(jié)論的方法。 把“很”，“極”，“略”，“比較”，“微”等修飾詞加在一個(gè)單詞的前面 ， 會(huì)改變?cè)撛~的意義，使之變?yōu)橐粋€(gè)新詞。這些含有模糊概念的語言可以稱為模糊語言。對(duì)于那些難以建立精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜對(duì)象，更適宜采用模糊控制。而在模糊控制理論中，則采用基于模糊控制知識(shí)表示和規(guī)則推理的語言型“模糊控制器”，這也是模糊控制系統(tǒng)區(qū)別于其他自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)所在。 其基本思想是在被控對(duì)象的模糊模型的基礎(chǔ)上，用機(jī)器去模擬人對(duì)系統(tǒng)控制的一種方法。模糊控制較大規(guī)模的研究是從 1980 年開始的?，F(xiàn)代控制理論為控制復(fù)雜系統(tǒng)提供了新的思路。 表 按擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定參數(shù) 控制度 控制規(guī) 律 T Kp Ti Td PI /τ PID /τ PI /τ PID /τ PI /τ PID /τ PI /τ PID /τ 以上 兩種方法適用于被控對(duì)象是一階慣性純滯后環(huán)節(jié)。例如，當(dāng)控制度為 時(shí)，就是指 DDC 與模擬控制效果相當(dāng) ； 控制度為 時(shí)，是指DDC 比模擬控制效果差。 （ 2） 用選定的采樣周期使系統(tǒng)工作。 （ 2） 增量 式 PID 控制算法只給出控制增量，因而誤差動(dòng)作小。 PID 的控制算法 在模擬控制系統(tǒng)中， PID 算法的表達(dá)式為： ? ? ? ? ? ??????? ??? ? to Dip dttdeTtdteTteKtP 1)()( （ 34） 式中 ： ()Pt ─調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)； ()et ─調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)，它等于測量值與給定值之差； Kp ─調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； iT ─調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間； DT ─調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間。 采用 PID 控制器，從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)方面改善了控制器的品質(zhì)。積分作用加人可以消除系統(tǒng)靜差。人們?cè)趯?duì) PID 控制方法 應(yīng)用的同時(shí)，也對(duì)其控制算法進(jìn)行了各種改進(jìn)，例如：不完全微分 PID 算式、積分分離 PID算式、變速積分 PID 算式和帶死區(qū) PID 算式等。在美國，據(jù)控制 工程雜志估計(jì)，有 90%以上的工業(yè)控制采用的是 PID 控制。它是迄今為止最通用的控制方法。 級(jí) 在 0~1200℃之間，其誤差為177。 熱電偶由于測溫范圍寬，它在工程實(shí)際中的應(yīng)用非常廣泛。要進(jìn)行量程調(diào)整、零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移只要改變 F、 C、 Zo 的大小就能實(shí)現(xiàn) 。 給 定 溫 度 控 制 器 可 控 硅 電 路 電 爐 實(shí) 際 溫 度溫 度 變 送 器 圖 溫度控制框圖 變送器 變送器是基于負(fù)反饋原理工作的，其構(gòu)成原理如圖 所示，它包括測量部分、放大器和反饋部分。模糊控制提供了一種新的有效途徑，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力來修正偏差和偏差變化的比例系數(shù)，達(dá)到優(yōu)化模糊控制的作用，從而進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)時(shí)控制效果，其優(yōu)點(diǎn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，能達(dá)到高精度的快速控制，具有極強(qiáng)的魯棒性和適應(yīng)能力。但 PID 控制 本質(zhì)是線性控制，而模內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 糊控制具有智能性，屬于非線性領(lǐng)域。 （ 3） 模糊控制 模糊控制是基于模糊邏輯的描述一個(gè)過程的控制算法，主要嵌入操作人員的經(jīng)驗(yàn)和直覺知識(shí)。 所以， 最近幾年快速發(fā)展的 PID 控制 、 模糊控制以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 、 遺傳算法在溫度控制中 被廣泛 應(yīng)用。其方法是先不接把控制器接入控制回路，系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)，用飛升曲線法可測得式 (28)中的各系數(shù)的近似值如下 : fT =360s， ? =10s， fK =2, 即： ? ? sessG 101360 2 ??? （ 29） 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第三章 電阻爐溫度控制系統(tǒng) 電阻爐的溫度控制系統(tǒng)同其它各種自動(dòng)控制系統(tǒng)一樣，主要由測量、給定、比較、放大和執(zhí)行幾部分組成。對(duì)象的數(shù)學(xué)模型不同，所用的整定程序及整定公式也會(huì)不同。淬火后的工件吊入洗滌裝置清洗、干燥后，再吊入回火爐中進(jìn)行回火處理，從而完成一個(gè)熱處理周期。工件置放在爐底或爐底上的料盤內(nèi)，由推料機(jī)、步進(jìn)機(jī) 或振底機(jī)構(gòu)連續(xù)進(jìn)料，也可將工件放在輸送帶上連續(xù)、慢速地向爐內(nèi)進(jìn)料。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） ① 室內(nèi)電阻爐 箱式爐體，固定式爐底，實(shí) 行間 斷加熱， 具有 結(jié)構(gòu)簡單、通用性好、購置費(fèi)用低等特點(diǎn)，適 用于中小型 工件熱處理加熱用。鹽液溫度隨爐溫不 同 而異：鹽液溫度 1000～ 1350℃時(shí)，稱高溫鹽浴爐； 550～ 1000℃時(shí)，稱中溫鹽浴爐； 150～ 550℃時(shí)，稱低溫鹽浴爐。 以輻射傳熱為主、對(duì)流傳熱作用很小。高純度的氫氣，其含氧量可小于 ，其露點(diǎn)小于 70℃。 電阻爐的主要參數(shù)有額定電壓、額定功率、額定溫度、工作空間尺寸、生產(chǎn)率、空爐損耗功率、空爐升溫時(shí)間、爐溫控制精度及爐溫均勻性等。單純模糊控制雖然能夠適用于無法精確解析建模的物理對(duì)象，但 是 要獲得好的控制效果需要有系統(tǒng)的 專業(yè) 知識(shí)和完整合理的模糊規(guī)則，這導(dǎo)致其應(yīng)用受到了很大局限。 論文研究的主要內(nèi)容 本文以電阻爐為研究對(duì)象，針對(duì)電阻爐的溫度，在比較、研究不同控制策略的基礎(chǔ)上，主要對(duì)模糊控制、 PID 控制算法在電阻爐溫度控制中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。由于高性能新材料的出現(xiàn)，檢測監(jiān)控元件的更新?lián)Q代，微機(jī)控制在電爐中的應(yīng)用，使得我國 工業(yè)電阻爐在 90年代發(fā)展 迅 速 。結(jié)果表明當(dāng)采用 PID 控制時(shí)，雖然 結(jié)構(gòu)簡單、容易實(shí)現(xiàn)，但無法保證控制精度 ；當(dāng)采用 純模糊控制時(shí)，超調(diào)量與調(diào)節(jié)時(shí)間雖然同時(shí)達(dá)到預(yù)期效果，但系統(tǒng)出現(xiàn)了穩(wěn)定誤差，所以本文將模糊控制的智能性與 PID 控制的通用性、可靠性相互結(jié)合，提出了模糊控制與 PID 控制相結(jié)合的方案。借助 MATLAB 中的 Simulink 和 Fuzzy工具箱，對(duì)電阻爐 PID 控制系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。 MATLAB simulation 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 目 錄 摘 要 ......................................................................................................................................... I Abstract ...................................................................................................................................... II 第一章 引 言 ............................................................................................................................ 1 課題背景 ..................................................................................................................... 1 論文研究的主要內(nèi)容 ................................................................................................. 1 論文研究的重點(diǎn)和難點(diǎn) .............................................................................................. 2 第二章 電阻爐的介紹 .............................................................................................................. 3 電阻爐的特點(diǎn) ............................................................................................................. 3 電阻爐的分類 ............................................................................................................. 4 電阻爐的工作原理 ..................................................................................................... 6 電阻爐的數(shù)學(xué)模型及其推導(dǎo) ..................................................................................... 7 第三章 電阻爐溫度控制系統(tǒng) .................................................................................................. 9 溫度控制方案的介紹 ..........................................................................................