【正文】 系統(tǒng) ,一種是 純 模糊 控制系統(tǒng)，還有一種是模糊 PID控制系統(tǒng)。 本文首先 采用機(jī)理分析法對(duì)電阻爐正常 工 作時(shí)的溫度對(duì)象進(jìn)行分析，從理論上建立電阻爐被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。 I 畢業(yè)論文 基于模糊 PID 的電阻爐溫度控制器的設(shè)計(jì)與仿真研究 摘 要 電阻爐是一種具有純滯后的大慣性系統(tǒng)，開關(guān)爐門、加熱材料、環(huán)境溫度以及電網(wǎng)電壓等都影響控制過程，傳統(tǒng)的加熱爐控制系統(tǒng)大多建立在一定的模型基礎(chǔ)上，難以保證加熱工藝要求。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(duì) PID 參數(shù)進(jìn)行修改，借此提高其控制效果。 其次 文中設(shè)計(jì)了 三 種控制系統(tǒng)。 本文分析 研究了常規(guī) PID控制方案、模糊控制方案 ， 并分別對(duì)電阻爐 PID控制系統(tǒng)、純模糊控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。針對(duì) PID控制和模糊控制的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基 于 模糊自適應(yīng) PID的電阻爐溫度控制器。 對(duì)電阻爐的模糊自適應(yīng) PID控制系統(tǒng)進(jìn)行仿 真分析，結(jié)果表明模糊 自 適應(yīng) PID控制可實(shí)現(xiàn)調(diào) 節(jié) 時(shí)問短、超凋量小、穩(wěn)態(tài)誤差在177。 關(guān)鍵詞 ： 電阻爐，仿真， PID控制，模糊控制，模糊 自 適應(yīng) PID控制 II Based on Fuzzy PID Resistance Furnace Temperature Controller Design and Simulation ABSTRACT Resistance furnace has pure lag and larger inertia. There are many factors which affect controlling process, such as opening and closing furnace door, heated metal material, surrounding temperature and wire power. In tradition, heating furnace controlling system is most based on some model, which can’t achieve heating process request. So this paper try in draught fuzzy controlling arithmetic into traditional heating furnace controlling system to form brainpower fuzzy control system. It makes using of fuzzy control rule to selftuning PID parameters on line, and improving its control effect. This paper adopted the main research contents of resistance furnace mechanism analysis on the normal temperature object when analyzed theoretically establish resistance furnace, the mathematical model of the controlled object. This paper designs the three control system. One is the PID control system。 l ℃ , and the performance of the control scheme, antijamming robustness simulation analysis, further verified this control scheme is an ideal intelligent control scheme. KEY WORDS: resistance furnace， stimulation， PID control， fuzzy control， fuzzy selftuning PID control III 目 錄 摘要 ..................................................................... I ABSTRACT ................................................................ II 目錄 ................................................................... III 1緒論 .................................................................... 1 課題背景及意義 .................................................... 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .................................................... 2 .................................................... 2 2自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展及電阻爐溫的數(shù)學(xué)模型 .................................. 3 自動(dòng)控制技 術(shù)的發(fā)展 ................................................ 3 自動(dòng)控制技術(shù)及應(yīng)用 ........................................... 3 過程控制的發(fā)展 ............................................... 4 傳統(tǒng)控制方法 ................................................. 4 智能控制 ..................................................... 5 電阻爐溫的數(shù)學(xué)模型 ................................................ 5 3 PID 控制系統(tǒng) ............................................................ 9 PID 控制的基本理論 ................................................ 9 各個(gè)參數(shù)對(duì) PID 控制效果的影響 ..................................... 10 PID 控制器的仿真研究 ............................................. 10 4 模糊控制系統(tǒng) .......................................................... 12 模糊控制的起源 ................................................... 12 模糊控制 的基本理論 ............................................... 12 模糊控制器的設(shè)計(jì) ................................................. 13 模糊控制器的結(jié)構(gòu)選擇 ........................................ 14 精確量的模糊化 ............................................. 16 建立模糊控制規(guī)則或控 制算法 ................................. 17 模糊推理 ................................................... 17 反模糊化 ................................................... 18 模糊控制表的制定 ........................................... 18 模糊控制器的仿真研究 ............................................. 19 5 模糊 PID 控制 系統(tǒng) ...................................................... 23 模糊 PID 控制器的原理 ............................................. 23 IV 電阻爐溫度的模糊 PID 控制器的設(shè)計(jì) ................................. 24 模糊自適應(yīng) PID 控制器 的仿真研究 ................................... 28 與傳統(tǒng) PID 控制和模糊控制的仿真比較 ............................... 31 結(jié)論 .................................................................... 33 致謝 .................................................................... 34 參考文獻(xiàn) ................................................................ 35 基于模糊 PID 的電阻爐溫度控制器的設(shè)計(jì)與仿真研究 1 1 緒論 課題背景及意義 從 20 世紀(jì) 20 年代開始， 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)水平的提高，電阻 爐 已經(jīng)得到 了廣泛的應(yīng)用，并且在國民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位。 溫度控制技術(shù)的發(fā)展 大 致經(jīng)歷了定值開關(guān)控制、 PID 控制和智能控制 三 個(gè)階段。其控溫方法簡單，沒有考慮溫度變化的滯后性、慣性，導(dǎo)致系統(tǒng)控制精度低、超調(diào) 量大 、震蕩明顯。 PID 控制對(duì)于確定的溫度系統(tǒng)，控制效果良好，但對(duì)于控制 大 滯后、大慣性、時(shí)變性溫度系統(tǒng)，控制品質(zhì)難以保證。目前國內(nèi)成熟的電阻爐溫度測(cè)控系統(tǒng) 主 要以 PID 控制器為主，由 于 其參數(shù)整定不理想， 因 此很難保證電阻爐控制系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性等。應(yīng) 用廣 泛的溫度智能控制的方法有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 等，具有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、 自協(xié)調(diào) 等能力，保證了控制系統(tǒng)的控制精度、抗干擾能力、穩(wěn)定性等性能。 傳 統(tǒng)的 PID 控制及改進(jìn)型 PID 控制原理簡單、 工 作穩(wěn)定、可靠性高、魯棒性強(qiáng)，曾 經(jīng) 在電阻爐溫度控制系統(tǒng)中得 到 了普遍的采用，其缺點(diǎn)是必須預(yù)先建立控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué) 模型 ，因而其對(duì)于一些 大 滯后、多輸入、時(shí)變性電阻爐系統(tǒng)，控制效果難以滿意。 1974 年， Mamdani首次 將 模糊邏輯和模糊推理實(shí)現(xiàn) 了蒸汽機(jī)的控制，其標(biāo) 志 著人們用模糊邏輯進(jìn)行 工 業(yè)控制的開始，也宣告了模糊控制的問世。這也是控制史上首次利用模糊控制 來 進(jìn)行溫度控制。如今Simens 和 Inform 公司聯(lián)合研制了性能優(yōu)良的模糊控制開發(fā)軟件工具及第三代模糊微處陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 2 理器，可利用軟件或硬件的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的模糊控制。模糊控制應(yīng)用 于 核反應(yīng)堆、城市交通等控制中。由于溫度控制設(shè)計(jì)到冶金、化工、機(jī)械等眾多領(lǐng)域，因而溫度智能控制技術(shù)也是國內(nèi)學(xué)者研究的重要內(nèi)容，越來越多與智能溫度控制有關(guān)的論文在科技刊物上發(fā)表。 王樹清、劉興池采用日本生產(chǎn)的 SR70智能模糊控制器對(duì)電阻加熱爐進(jìn)行控制，穩(wěn)態(tài)精度達(dá) 到 177。 高梅娟在電阻爐溫度控制系統(tǒng)中應(yīng) 用 了 雙 模預(yù)測(cè)模糊進(jìn)行溫度控制，具有超調(diào)量小，抗干擾能力強(qiáng)和穩(wěn)態(tài)誤差小的特點(diǎn)，優(yōu)于 PID控制和常規(guī)模糊控制 。 呂小紅等人在基 于 單片機(jī)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采 用 純模糊控制方法進(jìn)行溫度控制，控制結(jié)果 表明其系統(tǒng)具有超調(diào)小、控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn) 。目前，國外已研制出商品化、智能化、精度高、小型化的智能溫度控制系統(tǒng)，開發(fā)出成熟的智能控制算法和控制軟件。 1． 3 本文的研究內(nèi)容 （ 1） 對(duì) 工業(yè)生產(chǎn)中常用的電加熱設(shè)備電阻爐對(duì)象的特性和特點(diǎn) 進(jìn)行了分析 。 （ 3） 針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中的電阻爐對(duì)象設(shè)計(jì)模糊 PID控制器，設(shè)計(jì)模糊 PID控制算法 。 基于模糊 PID 的電阻爐溫度控制器的設(shè)計(jì)與仿真研究 3 2 自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展及電阻爐的數(shù)學(xué)模型 自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展 自動(dòng)控制技術(shù)及應(yīng)用 在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的眾多領(lǐng)域中，自動(dòng)控制技術(shù)起著越來越重要的作用。 自動(dòng)控制理論是研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。近幾十年來，隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，在宇宙航行、機(jī)器人控制、導(dǎo)彈制導(dǎo)以及核動(dòng)力等高新技術(shù)領(lǐng)域中，自動(dòng)技術(shù)更具有特別重要的作用。