【正文】 到模型參數(shù)時(shí)變系統(tǒng)，系統(tǒng)控制性能會(huì)變差，甚至不穩(wěn)定。然后中斷，等待第二次采樣，進(jìn)行第二步控制，這樣循環(huán)下去，就實(shí)現(xiàn)了都被控對(duì)象的模糊 控制。 為了對(duì)被控對(duì)象施加精確的控制，還需要將模糊量 u轉(zhuǎn)換為精確量，這一步驟稱為解模糊（也稱清晰化）。一般選偏差信號(hào) e作為模糊控制 器的一個(gè)輸入量，把偏差信號(hào) e的精確量進(jìn)行模糊化變成模糊量，偏差 e的模糊量可以用相應(yīng)的模糊語言表示，得到偏差 e的模糊語言集合的一個(gè)子集。 模糊控制系統(tǒng)的基本原理 模糊控制的基本原理如圖 24 所示，它的核心部分為模糊控制器，即圖中線框內(nèi)部。被控量往往是非電量，如速度、加速度、溫度、壓力等。 (5) 檢測(cè)裝置。這些被控對(duì)象可以是確定性的或是不確定的、單變量的或多變量的、有滯后或是無滯后的，也可以是線性或非線性的、定常或時(shí)變的以及具有強(qiáng)耦合的和干擾的等多種情況。 (4) 被控對(duì)象。 (3) 執(zhí)行結(jié)構(gòu)。模糊控制器通過輸入 輸出接口從被控對(duì)象獲取數(shù)字信號(hào)量，并將模糊控制器決策的輸出數(shù)字信號(hào)經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)，然后送給被控對(duì)象。模糊控制器的主要功能有三個(gè)：模糊量化處理；模糊推理（決策）；非模糊化處理（精確化處理）。它是各類模糊控制系統(tǒng)的核心部分。這樣即使一個(gè)控制過程出現(xiàn)了問題，其他的規(guī)則往往可以補(bǔ)償，此時(shí)的系統(tǒng)可能不是最佳控制，但是仍然會(huì)正常工作。 顯然，這種人機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行的控制是一種模糊控制，人們?yōu)榱四M這種控制過程，設(shè)計(jì)了一種以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)， 模糊控制系統(tǒng)的工作過程同人機(jī)控制系統(tǒng)一樣，都是一種模糊控制，只不過模糊控制系統(tǒng)中的決策者是模糊控制器。 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 9 模糊控制原理 模糊控制系統(tǒng)的基本概念 人參與的實(shí)際控制系統(tǒng)中，人們發(fā)現(xiàn)，有些有經(jīng)驗(yàn)的操作人員，雖然不懂被控對(duì)象或者被控過程的數(shù)學(xué)模型，也不懂自動(dòng)控制的基本原理，卻能憑借經(jīng) 驗(yàn)采取相應(yīng)的決策，很好的完成控制工作，如圖 22是典型的人機(jī)控制系統(tǒng)框圖。增量式 PID控制算法與位置式控制算法比較，有如下的一些優(yōu)點(diǎn)： (1) 位置式算法每次輸出與整個(gè)過去狀態(tài)有關(guān)，算式中要用到過去偏差的累加值 ? )(je ，容易產(chǎn)生較 大的累計(jì)誤差。 因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)控制中式中 0a 、 1a 、 2a 都可以事先求出，所以，實(shí)際控制時(shí)只須獲得 )(ke 、 )1( ?ke 、 )2( ?ke 三個(gè)有限的偏差值就可以求出控制增量。為此，對(duì)式 ()作 如果令 )1()()( ???? kukuku ，則： )2()1()()( 210 ?????? keakeakeaku () 式中 0a 、 1a 、 2a 同式 ()中一樣?？梢钥闯?，每次輸出與過去的所有狀態(tài)都有關(guān)，要想計(jì)算 u(k)，不僅涉及 e(k)和 e(kl)，且須將歷次 e(j)相加，計(jì)算復(fù)雜，浪費(fèi)內(nèi)存。通常把式 PID的位置式控制算法。因此，式 中的積分和微分項(xiàng)不能直接使用，需要進(jìn)行離散化處理現(xiàn)令 T 為采樣周期，以一系列的采樣時(shí)刻點(diǎn) KT 代表連續(xù)時(shí)間 t，以累加求和近似代替積分以一階后向差分近似代替微分做如下的近似變換 [4~8]： KTt? () ? ? ?? ???t kj kj jeTjTeTte0 0 0 )()()( () T kekeT TkeKTedt tde )1()(])1[()()( ?????? () 式中， T為采樣周期， e(k)為系統(tǒng)第 k次采樣時(shí)刻的偏差值， e(kl)為系統(tǒng)第 (kl)次采樣時(shí)刻的偏差值， k為采樣序號(hào)， k=0， 1， 2， … 。 PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下： (1) 比例環(huán)節(jié)即時(shí)成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào) e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差； (2) 積分環(huán)節(jié)主要用于 消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度； (3) 微分環(huán)節(jié)能夠反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì) (變化速率 )，并且能在偏差信號(hào)值變減少調(diào)節(jié)時(shí)間。 PID 控制器的發(fā)展經(jīng)歷了液動(dòng)式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式幾個(gè)階段，目前正由模擬控制器向著數(shù)字化、智能化控制器的方向發(fā)展。遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 6 2 模糊自適應(yīng) PID 控 制理論 PID 控制器 PID控制的發(fā)展 PID控制策略是最早發(fā)展起來的控制策略之一，現(xiàn)金使用的 PID控制器產(chǎn)生并發(fā)展于 19151940年期間盡管自 1940年以來，許多先進(jìn)的控制方法不斷的推出，但由于 PID控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、魯棒性好、可靠性高、參數(shù)易于整定， P、 I、 D控制規(guī)律各自成獨(dú)立環(huán)節(jié)，可根據(jù)工業(yè)過程進(jìn)行組合，而且其應(yīng)用時(shí)期較長(zhǎng)，控制工程師們已經(jīng)積累大量的 PID控制器參數(shù)的調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)。考慮到模糊控制能對(duì)復(fù)雜的非線性、時(shí)變系統(tǒng)進(jìn)行很好 的控制，但無法消除靜態(tài)誤差的特點(diǎn)，和常規(guī)的 PID 控制器及模糊自適應(yīng)PID復(fù)合控制器相比，模糊自適應(yīng) PID控制改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和魯棒性，達(dá)到了較好的控制效果。 (3) 保護(hù)功能 使系統(tǒng)在供風(fēng)設(shè)備一旦發(fā)生故障停風(fēng)時(shí)，能自動(dòng)關(guān)閉燃料調(diào)節(jié)閥，保護(hù)系統(tǒng)的安全，具有自保護(hù)功能。燃料負(fù)荷降低遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 5 或降溫時(shí)，實(shí)現(xiàn)燃料先行，空氣跟隨，以達(dá)到防止燃料燃燒不充分，冒黑煙污染環(huán)境。燃?xì)夂涂諝饣芈返脑O(shè)定值由控制模型、爐溫控制算法、專家尋優(yōu)控制算法三者之一給定。溫度回路、燃?xì)饣芈?、空氣回路的控制算法有變參?shù) PID控 制算法和二自由度 PID控制算法。 (2) 串行串級(jí)控制 串 行串級(jí)控制中，空氣和燃?xì)獯?，溫度回路的輸出值作為燃?xì)饣芈返脑O(shè)定值，燃?xì)饣芈返妮敵鲋翟僮鳛榭諝饣芈返脑O(shè)定值。所以實(shí)際的溫度控制系統(tǒng)不但要考慮加熱工藝的需要，還要考慮生產(chǎn)線的具體的軋制狀況。實(shí)際中加熱爐鋼溫的自動(dòng)控制需綜合考慮多方面的因素，在實(shí)際的爐溫控制中，一方面，要保證被加熱鋼坯的溫度滿足實(shí)際軋制工藝的需要，同時(shí)也要考慮優(yōu)化燃燒，以盡可能少的燃料消耗和盡可能少的加熱時(shí)間來生產(chǎn)出符合軋機(jī)軋制所需的鋼坯 。而且它們之間相互影響相互聯(lián)系。 為了保證加熱爐系統(tǒng)的正常工作，加熱爐配有專門的汽化冷卻系統(tǒng)，包括汽包軟水箱、除氧器，主要是對(duì)步進(jìn)梁等設(shè)備進(jìn)行冷卻保護(hù) 。鋼坯的出鋼溫度為 1250 士 20℃ 。高爐煤氣熱值 746kcal/耐，最大使用量 13 萬立米 /小時(shí) 。整個(gè)爐體有 72組蓄熱式燒嘴，包括 72套三通換向閥， 14扛套快切閥。下面以本文研究背景為例簡(jiǎn)要說明加熱爐的工藝流程。加熱爐按照加熱方式的不同主要分為周期式和連續(xù)式兩種，其中連續(xù)式加熱爐在軋制生產(chǎn)車間應(yīng)用最為普遍。 等人采用分布參數(shù)理論與熱交換機(jī)理相結(jié)合的方法進(jìn)行建遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 3 模，通過近似集中參數(shù)模型研究了加熱爐的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)優(yōu)化問題。 在國(guó)外，這些研究工作開展的比較早，取得了很多成果。由于 20世紀(jì) 70年代以后，燃燒控制技術(shù)的發(fā)展和研究已經(jīng)成熟，進(jìn)十幾年，研究重點(diǎn)都是以追求加熱爐某種性能指標(biāo)的優(yōu)化控制為目標(biāo)。中南大學(xué)的廖迎新，吳敏提出了一種基于免疫 FNN算法的爐溫優(yōu)化控制，有效的解決了非線性、不確定復(fù)雜蓄熱式加熱爐鋼坯加熱過程爐溫控制問題?；菟热酸槍?duì)加熱爐溫度控制中存在的非線性、大滯后問題，提出了一種基于 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)?？刂品椒ǎ从蒙窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的辨識(shí)能力來實(shí)現(xiàn)內(nèi)?？刂浦斜豢貙?duì)象的正模型及內(nèi)?？刂破?，從而為加熱爐的控制問題提出了一種新的方法。羅麥豐等人對(duì)某軋鋼加熱爐燃燒過程控制中存在的問題，提出了一種基于分離方法的模糊專家控制策略。楊永耀等人利用爐內(nèi) 熱量傳遞的物理機(jī)制，推導(dǎo)了一類時(shí)間、空間離散化的狀態(tài)空間模型。具有關(guān)研究表明，與人工操 }作相比，合理的燃燒控制能使化學(xué)不完全燃燒熱損失由原來的，5%15%降到 1%以下，空氣過剩系數(shù)由原來的 準(zhǔn)確的控制在 之間，而使排煙熱損失降低 12%18%，燃耗降低 %%。 (3) 節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境 通過優(yōu)化提高加熱爐控制性能的方法，可以使燃料的熱量得到充分的利用，以達(dá)到節(jié)約燃料的目的。 (2) 安全生產(chǎn)得以實(shí)現(xiàn) 在加熱爐這 個(gè)特殊的工藝中，因?yàn)楦郀t和轉(zhuǎn)爐煤氣的大量使用，使得整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境的安全變得尤為重要，不僅要保證各種設(shè)備的安全運(yùn)行，還要防止人員中毒事件的發(fā)生，而一套先進(jìn)的控制系統(tǒng)也應(yīng)該能提供一個(gè)安全的生產(chǎn)環(huán)境，要對(duì)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如爐膛的壓力，工作現(xiàn)場(chǎng)煤氣的濃度等。由于受 70年代以后軋機(jī)大型化的影響 ，現(xiàn)在步進(jìn)梁式加熱爐得到了廣泛的應(yīng)用，而且其本身也確實(shí)具備很多優(yōu)點(diǎn)。 加熱爐是整個(gè)鋼材的生產(chǎn)加工中的重要一環(huán)，同時(shí)，也是能耗比較多的一環(huán)，一個(gè)性能優(yōu)良的加熱爐控制系統(tǒng)不僅對(duì)鋼材的質(zhì)量有著重要的影響，同時(shí)也能節(jié)約大量能源，提高能源的利用率，減少環(huán)境的污染，為社會(huì)和諧發(fā)展作出貢獻(xiàn)。 temperature control。 關(guān)鍵詞： 模糊自適應(yīng) PID； AT89C51單片機(jī)；溫度控制；仿真遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 II Based on the fuzzy adaptive PID temperature control system design Abstract Temperature control in industrial control has been the subject of innovative, for different control objects have different control methods and models. Temperature system inertia, lag serious, difficult to establish a precise mathematical model, bring great challenges to the control process. In this paper, the furnace as the research object, an optimal control scheme to achieve system stability, settling time is short and small overshoot performance index. Fuzzy PID temperature control system with real intelligence and flexibility, more and more temperature control systems are designed based on fuzzy PID algorithm. With the control object bees plicated, using conventional PID temperature control accuracy and robustness of the lower. When the control object is a plex situation, conventional PID temperature controller is no longer applied, in order to improve the control performance of plex systems, to use the fuzzy PID temperature controller. A way to PID control and fuzzy control of simplicity, flexibility, and robustness of the integration, we constructed a fuzzy PID temperature controller. This design presents a fuzzybased PID temperature control system to AT89C51 SCM, made the following main areas of work, first introduce the theory of fuzzy PID control, second for the hardware design and hardware design, and finally to the system software design and simulation. Key words: Fuzzy PID。一種將 PID控制與模糊控制的簡(jiǎn)便性、靈活性、以及魯棒性融為一體，構(gòu)造了一個(gè)模糊自適應(yīng) PID溫度控制器。隨著控制對(duì)象變得復(fù)雜，應(yīng)用常規(guī) PID溫度控制精度和魯棒性降低。本文以加熱爐為研究對(duì)象，研究一種最佳的控制方案，以達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定、調(diào)節(jié)時(shí)間短且超調(diào)量小的性能指標(biāo)。遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 I 基于模糊自適應(yīng) PID的爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 溫度控制在工業(yè)控制中一直是富有新意的課題，對(duì)于不同的控制對(duì)象有著不同的控制方式和模式。溫度系統(tǒng)慣性大、滯后現(xiàn)象嚴(yán)重，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，給控制過程帶來很大難題。 模糊自適應(yīng) PID的溫度控制系統(tǒng)具有真正的智能化和靈活性，越來越多的溫度控制系統(tǒng)都基于模糊自適應(yīng) PID算法而設(shè)計(jì)。當(dāng)控制對(duì)象很復(fù)雜的情況下， 常規(guī) PID溫度控制器已經(jīng)不再適用了，為了提高對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的控制性能，要使用模糊自適應(yīng) PID溫度控制器。 本文設(shè)計(jì)了一種基于模糊自