【正文】 ,使得控制性能得到了很大的改善。尤其對于時滯較大 ,即額定時滯 ?T? 的系統(tǒng) ,常規(guī) PID控制往往無能為力。 然而 PID在時滯過程中的應(yīng)用受到一定的限制 ,由于 PID算法只有在系統(tǒng)模型參數(shù)為非時變的情況下 ,才能獲得理想效果。 PID控制器由于具有算法簡單，魯棒性好和可靠性高等特點，因而在實際控制系統(tǒng)設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用。 對本課題涉及問題的研究現(xiàn)狀 5 為了實現(xiàn)對恒溫箱的溫度控制 ,常采用最早在時滯系統(tǒng)控制中應(yīng)用的經(jīng)典控制方法和近年來受到廣泛關(guān)注的智能控制方法，同時二者相結(jié)合的復(fù)合控制 方法由于具有二者的優(yōu)點，因此也逐漸受到廣泛的應(yīng)用。 Matlab 是矩陣實驗室（ Matrix Laboratory）的簡稱，是美國 MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境 [2]。恒溫箱還可供科研機關(guān)及醫(yī)院做細菌培養(yǎng)之用，也可作育種、發(fā)酵以及大型養(yǎng)殖孵化等用途 [1]。 選題的目的、意義 恒溫箱主要用來控制溫度，目前廣泛的應(yīng)用于實驗室及科研工廠、企業(yè)等，同時它也為農(nóng)業(yè)研究、生物技術(shù)測試提供所需要的各種環(huán)境模擬條件。為了控制恒溫箱的溫度，常采用 最早在時滯系統(tǒng)控制中應(yīng)用的經(jīng)典控制方法和近年來受到廣泛關(guān)注的智能控制方法，同時二者相結(jié)合的復(fù)合控制方法由于具有二者的優(yōu)點，因此也逐漸受到廣泛的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞 大時滯系統(tǒng)， PID 控制，模糊控制，模糊 PID控制 ABSTRACT As thermostat plays an important role in the production and scientific research, so designing a suitable temperature control system has an important significance. The thermostat39。 在本文中選定二階純滯后環(huán)節(jié)為控制對象的數(shù)學(xué)模型，對其分別采用PID控制算法，模糊控制算法和模糊 PID算法對恒溫箱進行控制，并用 Matlab對 各算法進行仿真比較分析。 1 畢業(yè)設(shè)計論文 基于 Matlab 的恒溫箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 2 摘 要 恒溫箱在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中有著重要的作用，因此設(shè)計一個合適的溫度控制系統(tǒng)有著重要的意義，而恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，是一個大時滯、時變、非線性系統(tǒng)，很難用數(shù)學(xué)方法建立精確的數(shù)學(xué)模型。 目前主要采用經(jīng)典控制、智能控制和兩種控制算法相結(jié)合的控制算法對恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)進行控制。通過對這幾種算法的仿真與研究，發(fā)現(xiàn) PID 整定好的參數(shù)不能長期適應(yīng)系統(tǒng)模型，需要不斷對控制器參數(shù)進行整定，才能達到較好的控制效果；模糊控制不依賴于系統(tǒng)的精確模型，是解決不確定性系統(tǒng)的一種有效途徑，但控制精度不高，且量化因子和比例因子確定后，其適應(yīng)能力有限制；而模糊 PID 控制方法具備了模糊控制和 PID 控制各自的優(yōu)點，同時具有很強的魯棒性和適應(yīng)能力。s temperature control system is plex, and is a large time lag, timevaring, nonlinear system, then it is difficult to establish an accurate mathematical model. Currently the classical control, intelligent control and their bined control algorithm are main used for control the temperature control 3 system. This paper selects secondorder lag model for the control object, and uses PID control algorithm, fuzzy control algorithm and fuzzy PID algorithm to control thermostat and uses Matlab software for the simulation parative analysis. By studying several simulation we found that PID algorithm arranges the parameter cannot adapt a long time, and it need unceasingly be carried on the adjustment and achieve the anticipated effect. Fuzzy control does not depend on the precise object model and is an effective way to solve the uncertainty. But the control accuracy is not high ,and when quantifiable factor and scale factor is determined ,its adaptable ability is restricted. As fuzzy PID control algorithm ,it not only bines the fuzzy control and PID control with their respective advantages, but also has a very strong sense of robustness and adaptability. Key words:Timelag system, PID control, Fuzzy control, Fuzzy PID control 1 ........................................................ 3 、意義 ........................................ 4 .............................. 4 .............................................................. 5 .............................................................. 6 .................................................................. 7 .......................................... 8 控制及仿真 .............................................. 9 PID 算法 [7] ..................................... 9 .............................................. 10 參數(shù)的整定 .......................................... 10 ........................................................ 11 ......................................................... 11 算法仿真 ............................................ 11 [11] ................................... 14 ..................................................... 14 ................................................. 14 ....................................................... 16 [12] ................................... 16 ................................... 18 ........................................................... 18 ....................................................... 18 ....................................................... 19 ............................................................. 20 ........................................... 21 ......................................................... 21 PID控制及仿真 ......................................... 22 PID 控制器結(jié)構(gòu) ..................................... 22 ....................................... 22 2 ....................................................... 22 ....................................................... 23 ................................................... 26 PID 控制的仿真 ..................................... 27 參考文獻 ..................................................... 27 答 謝 ................................................... 29 3 4 恒溫箱主要用來控制溫度，在目前工業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究中有著重要的作用，因此設(shè)計一個高精度的恒溫箱溫度控制系統(tǒng)有著重要的實際意義和應(yīng)用價值。本文中主要介紹 PID控制算法、模糊控制算法及模糊 PID 控制算法對恒溫箱的溫度控制。因此可以廣泛適用于藥物、紡織、食品加工等無菌試驗、穩(wěn)定性檢查以及工業(yè)產(chǎn)品的原料性、產(chǎn)品包裝、產(chǎn)品壽命等測試?？傊?，恒溫箱在目前工業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究中有著重要的作用，因此設(shè)計一個高精度的溫度控制系統(tǒng)有著重要的實際意義和應(yīng)用價值。它可以實現(xiàn)對眾多控制的仿真，而且仿真的效果好，可以直觀的反應(yīng)控制的效果，因此用 Matlab 對恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)進行仿真可以檢測算法的正確性以及實用性。 經(jīng)典控制 所謂經(jīng)典控制方法是指針對時滯系統(tǒng)控制問題提出并應(yīng)用得最早的控制策略，主要包括 PID 控制、 Smith 預(yù)估控制、大林算法這幾種方法。 PID控制的難點在于如何對控制參數(shù)進行整定，以求得到最佳控制效果 [3]。當(dāng)一個調(diào)好參數(shù) PID控制器被應(yīng)用到模型參數(shù)時變系統(tǒng)時 ,系統(tǒng)的性能會變差 ,甚至不穩(wěn)定 [4]。但是 ,可以將它與其他的方法結(jié)合起來改善時滯過程的控制效果 ,從而可以繼續(xù)發(fā)揮PID控制的優(yōu)點。 PID控制可以和模糊控制及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來 ,即基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊自適應(yīng) PID控制方 法。它通過估計對象的動態(tài)特性 ,用一個預(yù)估模型進行補償 ,從而得到一個沒有時滯的被調(diào)節(jié)量反饋到控制器 ,使得整個系統(tǒng)的控制就如沒有時滯環(huán)節(jié) ,減小超調(diào)量 ,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性并且加速調(diào)節(jié)過程 ,提高系統(tǒng)的快 6 速性 [5]。于是在 Smith預(yù)估器的基礎(chǔ)上 ,許多學(xué)者提出了擴展型的或者改進型的方案 ,這些方案包括 :多變量 Smith預(yù)估控制 ,非線性系統(tǒng)的 Smith預(yù)估器 ,改進的 Smith預(yù)估器 ,自適應(yīng)的 Smith預(yù)估控制器。該算法的目標是設(shè)計一個合適的數(shù)字調(diào)節(jié)器 D(z)，使整個系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)相當(dāng)于一個帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，而且要求閉環(huán)系統(tǒng)的純滯后時間等于被控對象的純滯后時間 [3]。但它的缺點是設(shè)計中存在振鈴現(xiàn)象，且與 Smith 算法一樣，需要一個準確的過程數(shù)字模型，當(dāng)模型誤差較大時，控制質(zhì)量將大大惡化，甚至系統(tǒng)會變得不穩(wěn)定。 模糊控制是智能控制較早的形式，它吸取了人的思維具有模糊性的特點，從廣義上講，模糊邏輯控制指的是應(yīng)用模糊集 合理論，統(tǒng)籌考慮系統(tǒng)的一種控制方式，模糊控制不需要精確的數(shù)學(xué)模型，是解決不確定性系統(tǒng)控制 7 的一種有效途徑。在時滯過程中 ,模糊控制一般是針對誤差和誤差變化率而進行的 ,將輸入量的精確值模糊化 ,根據(jù)輸入變量和模糊規(guī)則