【導(dǎo)讀】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PID參數(shù)進(jìn)行修改，借此提高其控制效果。電阻爐被控對象的數(shù)學(xué)模型。其次文中設(shè)計了三種控制系統(tǒng)。一種是PID控制系統(tǒng),一種。模糊控制方案，并分別對電阻爐PID控制系統(tǒng)、純模糊控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。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。穩(wěn)態(tài)誤差在±l℃內(nèi)的性能指標(biāo)，并對該控制方案的抗干擾性，魯棒性進(jìn)行了仿真分析，進(jìn)一步驗證了該控制方案是一種較為理想的智能型控制方案。

　　

【正文】 下參數(shù) 、 和 的模糊控制 規(guī)則表 如表 552和 53。 表 51 的模糊控制規(guī)則表 EC E NB NM NS Z P PM PB NB PB PB PM PS PS Z Z NM PB PB PM PS PS Z NS NS PM PM PM PS Z NS NS Z PM PM PS Z NS NM NM PS PS PS Z NS NS NM NM PM PS Z NS NM NM NM NB PB Z Z NM NM NM NB NB 表 52 的模糊控制規(guī)則表 EC E NB NM NS Z PS PM PB NB NB NB NM NM NS Z Z NM NB NB NM NS NS Z Z NS NB NM NS NS Z PS PS Z NM NM NS Z PS PM PM PS NM NS Z PS PS PM PB PM Z Z PS PS PM PB PB PB Z Z PS PM PM PB PB 基于模糊 PID 的電阻爐溫度控制器的設(shè)計與仿真研究 27 表 53 的模糊控制規(guī)則表 EC E PS NM NS Z PS PM PB NB PS NS NB NB NB NM PS NM PS NS NB NM NM NS Z NS Z NS NM NM NS NS Z Z Z NS NS NS NS NS Z PS Z Z Z Z Z Z Z PM PB PS PS PS PS PS PB PB PB PM PM PM PS PS PB 然后根據(jù)上述模糊控制規(guī)則表中整定出的 49條模糊控制規(guī)則進(jìn)行 、 和 三個參數(shù)的 自 整定校正， 49條模糊控制規(guī)則如下： (1) If(E is NB)and(EC is NB)then( is PB)( is NB)( is PS)。 (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 FIS型文件，命名為 weilong1． fis，如圖 53所示 。 基于模糊 PID 的電阻爐溫度控制器的設(shè)計與仿真研究 29 圖 53 模糊自適應(yīng) PID控制器 由圖 53知，模糊 PID控制器的輸入變量為 E和 EC，輸出為控制變量 U。 And操作為取小 min， or操作為取大 max，模糊蘊涵 (Implication)為取小 min，合成 (Aggregation)為取大 max，反模糊 (Defuzzification)用 的是 平均 法 bisector。圖 54是模糊 PID控制器的各個 變量 的隸屬函數(shù)圖。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 30 圖 54 模糊 PID控制器的各個變量的隸屬函數(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，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)時間 =600s，超調(diào)量σ％ =0，穩(wěn)態(tài)誤差 =0。由模糊自適應(yīng) PID控制的電阻爐溫度控制系統(tǒng)仿真結(jié)果，可以得出，當(dāng)電阻爐溫度控制系統(tǒng)采用模糊 自 適應(yīng) PID控制時，系統(tǒng)的穩(wěn)定性強(qiáng)，調(diào) 節(jié)時 間短，超調(diào)量小于 0． 5％且穩(wěn)態(tài)誤差為 O，能夠達(dá)到要求的性能指標(biāo)。 仿真比較 根據(jù)以上 設(shè)計 的三種 控制器，對其 給定溫度值為 600℃ 時 ， 仿真 響應(yīng) 曲線控制效果的各種參數(shù)對比如表 54。 表 54 仿真曲線對比 性能參數(shù)控制器 調(diào)節(jié)時間（ s） 超調(diào)量 穩(wěn)態(tài)誤差 PID 控制器 330 25％ 0 模糊控制器 420 0 68 模糊 PID 控制器 550 0 0 模糊 自 適應(yīng) PID控制 的仿真結(jié)果與 傳統(tǒng) PID控制和模糊控制的仿真 相 比較 可以看出，陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 32 模糊 自 適應(yīng) PID控制 的控制效果更好，比 傳統(tǒng) PID控制 的優(yōu)點是超調(diào)小，穩(wěn)態(tài)誤差?。槐饶：刂葡啾容^是穩(wěn)態(tài)誤差小。 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。 基于模糊 PID 的電阻爐溫度控制器的設(shè)計與仿真研究 33 結(jié) 論 本文以溫度控制系統(tǒng)為背景，以電加熱爐為控制對象，介紹了在實際工程中常用到的 傳統(tǒng) PID 控制，模糊控制 。 重點是 本文在 傳統(tǒng) PID 控制器的基礎(chǔ)上，與 模糊 控制相結(jié)合，設(shè)計了模糊自整定 PID 控制器，對加熱爐的溫度進(jìn)行控制。模糊控制是一種不同于傳統(tǒng)的基于對象精確模型的經(jīng)典控制或現(xiàn)代控制方法。它是基于專家的控制經(jīng)驗，以模糊集合理論為基礎(chǔ)，對一些難以確定精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜控制對象進(jìn)行控制，并且在實際應(yīng)用中取得了良好的控制效果。本文采用模糊控制的思想，對溫度進(jìn)行自整定控制，在仿真實驗中取得了良好的控制效果。具體總結(jié)如下 : (l) 對傳統(tǒng) PID 控制系統(tǒng)，模糊控制系統(tǒng)和 模糊 PID 控制系統(tǒng) 的原理以及其參數(shù)對控制效果的影響進(jìn)行了研究分析； (2)分別 設(shè)計了 傳統(tǒng) PID 控制系統(tǒng)，模糊控制系統(tǒng)和 模糊 PID 控制系統(tǒng)， 并以電加熱爐為控制對象進(jìn)行了仿真研究。 目前模糊控制 已 成為智能自動化控制研究中最為活躍而富有成果的領(lǐng)域之一，而自適應(yīng)模糊 PID 控制技術(shù)的研究非常的廣泛并且仍將成為未來研究與應(yīng)用的重點技術(shù)之一。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)點進(jìn)一步完善了 PID控制。雖然仿真環(huán)境不能與實際情況完全相同，但是，它的結(jié)果還是相當(dāng)有指導(dǎo)意義的。盡管模糊自整定 PID 控制有許多優(yōu)點，但是，由于控制對象的復(fù)雜性以及在工業(yè)控制中的重要地位， 以及時間和能力的關(guān)系，在課題過程中還存在以下不足， 還需要進(jìn)一步對其完善 : (1)對常規(guī) PID 控制，在工程上有多種改進(jìn)方法，如分區(qū)積分、積分分離等， PID 參數(shù)的選取更多地依靠實際試湊 。 (2)如何選擇一個比較好的參考模型，使其更易于模糊控制器的整定。 (3)模糊控制器的設(shè)計。模糊系統(tǒng)理論本身還有一些重要理論課題沒有解決：如何獲得模糊規(guī)則及隸屬函數(shù)，目前完全靠經(jīng)驗進(jìn)行；如何保證模糊系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以在模糊控制規(guī)則、隸屬度函數(shù)的選取、模糊推理方法的選取等方面有待更進(jìn)一步的深入研究。 在開展課題過程中，我深深地體會到理論研究與工業(yè)實際應(yīng)用之間的巨大差距。要將理論研究更好地應(yīng)用于實際，需 要更多地接觸實際與大量實驗。 關(guān)于模糊自適應(yīng)的控制方法有許多種，每種方法都有其優(yōu)點和缺點，本文中的控制方法的優(yōu)點在于簡單、實用。對模糊自適應(yīng)控制的研究，本論文只是小小的一部分，還有許多問題需要進(jìn)一步研究。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 34 致 謝 本論文是在我的導(dǎo)師 趙艷老師 的悉心指導(dǎo)下完成的。從論文前期材料的準(zhǔn)備、選題、撰寫到最后的定稿， 趙 老師都花費了大量的時間和精力，給予了我很 大的指導(dǎo)和幫助。在這里，我要感謝席老師在這段時間 對我學(xué)業(yè)上的教導(dǎo)和幫助，使我學(xué)到了許多知識，開闊了我的視野。在此，特向 趙老師 表示深深的敬意和由衷的感謝 ! 在論文寫作期間，我的好友 王麟 同學(xué)和其他許多同學(xué)都給了我很大幫助，在此一并感謝 ! 然后，還要感謝我的家人，是他們一直給予我莫大的關(guān)心的鼓勵，激勵我認(rèn)真地過每一天，不斷學(xué)習(xí)，不斷進(jìn)步。一段學(xué)習(xí)生活的結(jié)束，也將是一段新的學(xué)習(xí)生活的開始。前面的道路還很長，我一定會在將來的學(xué)習(xí)和工作中，認(rèn)真去做好自己的職責(zé)。 最后，敬請各位專家、教授對本論文的缺點和不足之處提出寶貴的意見。 基于模糊 PID 的電阻爐溫度控制器的設(shè)計與仿真研究 35 參 考 文 獻(xiàn) [1] 李先鋒 . 基于模糊 PID的電阻爐溫度控制系統(tǒng)研究 [J]. 寧夏：碩士學(xué)位論文，20xx. [2] 范子榮 , 張友鵬 .基于溫度系統(tǒng)的模糊自適應(yīng) PID 控制器的設(shè)計與仿真 [J]. 蘭州交通大學(xué)學(xué)報 ( 自然科學(xué)版 ) ， 20xx 年 6 月 [3] 羅淳 . 模糊自整定 PID的溫室溫度控制器的設(shè)計 [J]. 武漢科技大學(xué) : 碩士學(xué)位論文 , 20xx. [4] 曾光奇，胡均安，王東，劉春玲 .模糊控制理論與工程應(yīng)用 [M].武漢：華中科技大學(xué)出版社， 20xx. [5] 林敏 .計算機(jī)控制技術(shù)及工程應(yīng)用（第二版） [M].北京：國防工業(yè)出版社 ,20xx. [6] 胡壽松 .自動控制原理（第五版） [M].北京：科學(xué)出版社， 20xx. [7] 邢 偉 , 潘海鵬 . 電阻爐智能溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真研究 [J]. 浙江理工大學(xué)學(xué)報 ,20xx,25（ 5）： 605610. [8] 張睿彬 . 模糊參數(shù)自整定 PID 控制器的設(shè)計與仿真研究 [J]. 中原工學(xué)院學(xué)報 ,20xx,18（ 1）： 6567. [9] 向丹 ,喻壽益 . 基于 PID的爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真 [J]. 廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報 ,20xx,6（ 1） :102104. [10] 鄭恩讓，聶詩良等 .控制系統(tǒng)仿真 [J].北京：中國林業(yè)出版社， 20xx. [11] 劉悅婷 . 鍋爐加熱系統(tǒng)的 FUZZY PID控制 [J]. 甘肅科技 , 20xx,24(18)： 6567. [12] 張家良 . 模糊自整定溫度控制系統(tǒng) [J]. 西安建筑 科技大學(xué) : 碩士學(xué)位論文 , 20xx. [13] 陳剛 . 基于模糊 Smith智能控制的電阻爐溫控系統(tǒng)研究 [J]. 湖北工業(yè) 大學(xué) : 碩士學(xué)位論文 ,20xx. [14] 劉秀紅 . 基于模糊 PID控制的電阻爐爐溫系統(tǒng)的研究 [J]. 燕山 大學(xué) : 碩士學(xué)位論文 ,20xx. 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