【正文】 保密的論文（設(shè)計(jì)）在解密后適用本規(guī)定。有權(quán)將論文（設(shè)計(jì)）用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文（設(shè)計(jì) ）進(jìn)入學(xué)校圖書館被查閱。對本論文（設(shè)計(jì)）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。 Application,2020, 20(2):293296 16 Filatov N M， Keuchel al .Dual control for unstable mechanical Control Syslems， 1996， 16(4):3137 2(4 ): 294269 17 Balur C， Kasparian Expert J Control， 1991， 54(4): 867 881 18 王沫然 simulink4建模及動(dòng)態(tài)仿真 .電子工業(yè)出版社， 2020:1026 19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， 2020: 2456 20 Tjoro S， Shah S PID of the 1985 American Contorl Control Conefere， 1985:15281534 21 陶永華 PID控制原理和自整定策略 .工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置， 1997， (4): 6064 22 Petrov M， Ganchev l， Taneva PID control of nonlinear plants. Intelligent Systems .2020 First Intemational IEEE Symposium,2020,2035 23 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 24 Tso， Fung，丫 . Developnlent of Fuzzylogic Controllers form Multlvable Linear Trans Systems， Man and 30 Cybemetics， 1997,27(3):125127 25 李卓 .基于 Fuzzy 推理的自調(diào)整 PID控制器 .控制理論與應(yīng)用， I997(2): 2430 26 Honda,Hiroyuki,Kobayashi, Control of of Bioscience and Bioengineering,2020: 401408 27 倪忠遠(yuǎn) .自整定 PIDFuzzy 控制器在爐溫控制中的應(yīng)用 .自動(dòng)化與儀器儀 表 ,1996 (5):3040 28 劉金餛 .先進(jìn) PID控制 MATLAB仿真 .電子工業(yè)出版社， 2020: 115125 31 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）原創(chuàng)性聲明 本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取 得的研究成果。在此，向所有關(guān)心和幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友表示由衷的謝意 ! 參考文獻(xiàn) 1 Isidro Sanchez,Julio R B anga,AntonioA A control in Microwave bination Food Engineering,2020,46: 2129 2 蔡自興 .人工智能控制 .化學(xué)工業(yè)出版社， 2020: 110 3 馮勇 .現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) .哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 1997: 213 4 der of fuzzy logic control in Sets and Systems, 1995,7 4: 3341 5 Qu Sun,Renhou Li,Ping39。在馬老師身上，我不僅學(xué)到了正確的科研方法及豐富的知識，也學(xué)會了做人的道理。從論 文的選題、研究方案的制定、直至論文的撰寫，均得到了馬老師的親切關(guān)懷與悉心指一導(dǎo)，花費(fèi)了他大量的時(shí)間與精力。對于多輸入多輸出系統(tǒng)，需要研究多變量的 PID控制器。 本課題研制的電鍋爐溫度控制系統(tǒng)達(dá)到了調(diào)節(jié)時(shí)間短、穩(wěn)態(tài)誤差小等預(yù)期要求。 2，對于經(jīng)典的 PID控制分別用加入 Simith預(yù)估器、 ZieglerNichols、 ChienHrones和人工整定方法對其參數(shù)進(jìn)行整定，并用 MATLAB中的 Simulink進(jìn)行仿真分析，由仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)采用這兩只參數(shù)整定方法的時(shí)候，其超調(diào)量 與調(diào)節(jié)時(shí)間無法滿足要求。具體結(jié)論如下 : ，建立被控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。因此如何有效、可靠地對溫度進(jìn)行控制就成為本文一個(gè)重要研究內(nèi)容。 結(jié)論 溫度是生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中普遍而且重要的物理參數(shù)之一，準(zhǔn)確地測量和有效地控制溫度是優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和安全生產(chǎn)的重要條件。最后的人工整定的方法經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)，終于得到無論是調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量都比較合適的方式，其可以用于相應(yīng)的生產(chǎn)中。 CienHrones參數(shù)整定 相對來于 ZieglerNichols(齊格勒一尼柯爾斯 )參數(shù)整定 法其效果有明顯的改善，其調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量都有明顯的降低，并且其振蕩不是十分嚴(yán)重。 圖 手工調(diào)節(jié)純 PID參數(shù)響應(yīng)曲線圖 由圖 ，人工整定純 PID控制系統(tǒng)性能指標(biāo)為 :調(diào)節(jié)時(shí)間 sst =1050秒，超調(diào)量%? =0%，穩(wěn)態(tài)誤差 0sse? . 手工調(diào)節(jié)純 PID參數(shù)響應(yīng)曲線圖可以看出，其調(diào)節(jié)時(shí)間，超調(diào)量都比較小，其減小了比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)，使得響應(yīng)曲線圖沒有較大的振蕩和靜差，其微分環(huán)節(jié)的數(shù)值正中，如果再減小的話會在達(dá)到溫度穩(wěn)定之前的部分產(chǎn)生 振蕩，如果再加大的話其調(diào)節(jié)時(shí)間會相應(yīng)的增加，故經(jīng)過多次仿真發(fā)現(xiàn)，這個(gè)三個(gè)環(huán)節(jié)，用人工整定方法調(diào)節(jié)出來的數(shù)值對于調(diào)節(jié)電鍋爐溫度控制比較合適。實(shí)際控制過程中，也是通過手動(dòng)調(diào)節(jié)這些參數(shù)以獲得好的控制性能。其比例環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)相對來說比較小 ，沒有較大的振蕩。 2. CienHrones(CHR)參數(shù)整定 CienHrones參數(shù)整定對設(shè)定問題的關(guān)注主要有兩種情況，一種是帶有 20%超調(diào)量的快速響應(yīng)，另一種是沒有超調(diào)量的快速響應(yīng)，對于本系統(tǒng)最關(guān)注的是沒有超調(diào)量的最快速響應(yīng)，表 ChienHrones(CHR)參數(shù)整定法則 : 表 參數(shù)表 Table The table of parameter 控制器類型 Kp Ti Td P ? ∞ 0 PI ? 0 PID ? T ? 25 得 iT =122秒， dT ==61秒 根 據(jù) ChienHrones參數(shù)調(diào)整法則的 PID三個(gè)參數(shù)為 Kp=? = 120／（ 122） = ik = Kp／ Ti=／ 120= dk = Kp Td= 61= 圖 60℃時(shí)，在該參數(shù)下得仿真曲線圖 。 得 iT =2? =244秒， dT ==61秒 根據(jù)齊格勒一尼 柯爾斯參數(shù)調(diào)整法則得 PID三個(gè)參數(shù)為 : pk =? =? 120202 = ik = 1 .1 8 0 3 2 4 4 0 .0 0 4 8 4pikT ?? 1 .1 8 0 3 6 1 7 1 .9 9 8d p dk k T? ? ? ? ? 圖 60℃時(shí)，在該參數(shù)下的系統(tǒng)仿真響應(yīng) 曲線圖，圖 PID控制響應(yīng)曲線圖。 ，其產(chǎn)生一個(gè)階躍信號，并且控制初始條件，本論文中的初始條件是在 60℃下的電鍋爐溫度系統(tǒng)仿真，所以需要把其 Final value 參數(shù)改成 60，具體情況如下圖 圖 階躍信號輸入模塊 22 Delay 為信號延遲模塊，其起到信號延遲的功能，由于電鍋爐溫度飛升曲線可以知道，其溫度并不是從一開始就上升，而是有一定的延遲，根據(jù)其曲線可知其延遲時(shí)間為 122s，故其應(yīng)該在這個(gè)模塊中輸入這個(gè)延遲參數(shù)，具體情況如下圖 圖 延遲信號輸入模塊 PID 參數(shù)的整定 (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 pk 值建立起來的。 （ 5） 輸出仿真結(jié)果。 （ 3） 由控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型或結(jié)構(gòu)框圖建立 Simunlink仿真模型。 （ 1） 啟動(dòng) Simunlink，打開 Simunlink庫瀏覽器。也可以右擊子模塊庫標(biāo)題，在彈出的快捷菜單中選擇“ Open”命令，彈出子模塊庫獨(dú)立窗口。 Discrete（附加數(shù)學(xué)和離散系統(tǒng)）模塊庫。 2 Simunlink組成 Simunlink 模塊庫中共包含 16個(gè)子模塊庫，它們是 Commonly Used Blocks （常用模塊庫）、 Continuous （連續(xù)）系統(tǒng)模塊庫、 Discontinuities（非連續(xù)）系統(tǒng)模塊庫、Discrete（離散）系統(tǒng)模塊庫、 logic and Bit Operations (邏輯與位操作 )模塊庫、Lookup Tables （查詢表）模塊庫、 Math Operations（數(shù)學(xué)操作）模塊庫、 Model Verification（模型驗(yàn)證）模塊庫、 Modelwide Utilities、 Portsamp。 （ 2）單擊 MATLAB主窗口左下角的“ Start”按鈕，在彈出的快捷鍵菜單中選擇 “ Simunlink” —— “ Library Browser“命令。 Simulink應(yīng)用 1 Simunlink啟動(dòng) 啟動(dòng) MATLAB軟件之后，可以通過 3種方式打開 Simunlink工具箱（也稱為 Simunlink模塊庫，瀏覽器）。用戶可以利用這些模塊搭建自己的系統(tǒng)并進(jìn)行仿真，通過更改這些模塊的參數(shù)提高系統(tǒng)的性能，最終得到合乎自己設(shè)計(jì)要求的系統(tǒng)。 Simnlink 是一個(gè)用來對動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析 的軟件包四。在該環(huán)境中，不用大量的書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可以構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)模型。 Simulink 簡介和使用 Simulink 簡介與開發(fā)環(huán)境 Simulink 是 MATLAB 最重要的組 件之一， Math Works 公司在推出 MATLAB 的同時(shí)還推出了最新版本的 Simulink。 MathwbrkS 公司于 1993年推出了基于 Windows平臺的 。系統(tǒng)經(jīng)過幾年的試用之后， Moler博士等一批數(shù)學(xué)家與軟件專家組建了一個(gè)名為 Mathworks的軟件開發(fā)公司，專門擴(kuò)展并改進(jìn) MATLAB，推出了該軟件的正式版本。 MATLAB(MATrix LABoratory， 即矩陣實(shí)驗(yàn)室 )是 CleveMfoer博士在 New Mexico大學(xué)講 授線性代數(shù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)用高級語言編程極為不便而構(gòu)思開發(fā)的。 由此方法可以得到電鍋爐溫度系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 ()120 1seGss??? （ 31） 18 仿真工具 仿真是控制系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)研究的重要方法，通過 仿真來分析各種控制策略和方案對控制系統(tǒng)的性能，優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，以獲得最佳控制效果。 這里要說明的是 :在測試飛升曲線時(shí)，一般階躍信號不從零開始，否則會使系統(tǒng)造成很大 的非線性，影響被測對象的正常工作。 17 圖 溫度飛升曲線 電鍋爐的溫度控制系統(tǒng)是常見的確定性系統(tǒng)，采用飛升曲線測量方法，測出鍋爐溫控制系統(tǒng)的飛升曲線，即可得到控制對象的數(shù)學(xué)模型。 ② 保溫段 :水溫升至設(shè)定值后要求溫度維持設(shè)定值基本不 變。 。 電鍋爐溫度控制系統(tǒng)特性 1. 電鍋爐允許最高溫度 95℃ 。系統(tǒng)仿真根據(jù)真實(shí)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立仿真模型，對系統(tǒng)環(huán)境加以 模擬，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行分析、計(jì)算、研究獲得真實(shí)的定量關(guān)系。本章在分析了電鍋爐溫度控制系統(tǒng)原有控制方案的基礎(chǔ)，提出新的控制策略，即 PID控制，分析了這種控制方法的基本理論及控制特點(diǎn)，介紹了這種控制器的設(shè)計(jì)及控制算法的實(shí)現(xiàn)。 本章小結(jié) 溫度 是生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中普遍而且重要的物理參數(shù)。因此一旦出現(xiàn)干擾，由它算出的結(jié)果可能出現(xiàn)很大的非希望值。 對于作用時(shí)間較短的快速變化的干擾，如 A/D轉(zhuǎn)換偶然出錯(cuò)，可以用連續(xù)多次采樣并求平均值的方法予以濾除。在進(jìn)入正常調(diào)節(jié)過程后，由于 e值不大，此時(shí)相對而言，干擾對控制器的影響也就很大。 積分分離法的基本思想是 :當(dāng)誤差大于某個(gè)規(guī)定的門限值時(shí)，刪去積分作用，從而使積分項(xiàng)不至于過大，只有當(dāng)誤差較小時(shí)，才引入積分作用，以消除穩(wěn)態(tài)誤差。為了克服這種現(xiàn)象，可以采用過限消弱積分法和積分分離法。而且 PID 控制器是最多的，以為它可以解決大部分的問題 采用標(biāo)準(zhǔn) PID位置式算法，在實(shí)現(xiàn)控制的過程中，只要系統(tǒng)的偏差沒有消除，積分作用就會繼續(xù)增加或減小，最后使控制量達(dá)到上限或者下限，系統(tǒng)進(jìn)入飽和范圍。再就是間歇或斷續(xù)生產(chǎn)的控制過程中有其特殊性，通常問題要求按照被控對象的特性來選擇控制器。ZieglerNichols法首先通過實(shí)驗(yàn)，獲取控制對象的單位階躍響應(yīng)，如果單位階躍響應(yīng)曲線看起來是一條 S形狀的曲線，則可以用這個(gè)方法，否則不能用。目前已經(jīng)有一些基于頻域設(shè)計(jì) PID控制器的方法，如 ZieglerNichols法， Ziegl