【正文】 產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相聯(lián)系。 用微機(jī)仿真的方法找到一種比較合適的控制器是當(dāng)今社會(huì)對(duì)溫度控制研究的方向之一。 溫度控制技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 近年來，溫度的 控制 在理論上發(fā)展比較成熟，但在實(shí)際測(cè)量和控制中，如何保證快速實(shí)時(shí)地對(duì)溫度進(jìn)行采樣，確保數(shù)據(jù)的正確傳輸，并能對(duì)所測(cè)溫度場(chǎng)進(jìn)行較精確的控制，仍 然是目前需要解決的問題。動(dòng)態(tài)溫度跟蹤實(shí)現(xiàn)的控制目標(biāo)是使被控對(duì)象的溫度值按預(yù)先設(shè)定好的曲線進(jìn)行變化。 從工業(yè)控制器的發(fā)展過程來看，溫度控制技術(shù)大致可分以下幾種： 定值開關(guān)控溫法 所謂定值開關(guān)控溫法，就是 通過硬件電路或軟件計(jì)算判別當(dāng)前溫度值與設(shè)定目標(biāo)溫度值之間的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)加熱裝置 (或冷卻裝置 )進(jìn)行通斷控制。若當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值低，則開啟加熱器并同時(shí)關(guān)斷制冷器。目前，采用這種控制方法的溫度控制器在我國許多工廠的老式工業(yè)電爐中仍被使用。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 PID 線性控溫法 這種控溫方法是基于經(jīng)典控制理論中的 PID 調(diào)節(jié)器控制原理， PID 控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡(jiǎn)單、魯棒性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用工業(yè)過程控制中，尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)。其具體控制電路可以采用模擬電路或計(jì)算機(jī)軟件方法來實(shí)現(xiàn) PID 調(diào)節(jié)功能。其中數(shù)字 PID 控制器的參數(shù)可以在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)在線整定，因此具有較大的靈活性，可以得到較好的控制效果。只要 PID 參數(shù)選取的正確，對(duì)于一個(gè)確定的受控系統(tǒng)來說，其控制精度是比較令人滿意的。 智能溫度控制法 為了克服 PID線性控溫法的弱點(diǎn)，人們相繼提出了一系列自動(dòng) 調(diào)整 PID參數(shù)的方法，如 PID 參數(shù)的自學(xué)習(xí)，自整定等等。智能控溫法以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學(xué)為理論基礎(chǔ)，并適當(dāng)加以專家系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)智能化。尤其是模糊控溫法在實(shí)際工程技術(shù)中得到了極為廣泛的應(yīng)用。所謂第三代智能溫控儀表，就是指基于智能控溫技術(shù)而研制的具有自適應(yīng) PID 算法的溫度控制儀表。這種不足的原因是多方面造成的，如針對(duì)不同的被控對(duì)象，由于控制算法的不足而導(dǎo)致控制精度不穩(wěn)定。控制系統(tǒng)同時(shí)是為了使被控制對(duì)象達(dá)到預(yù)定的理想狀態(tài)而實(shí)施的。 本文的被 控對(duì)象 電烤箱 或者電爐的溫度 。1℃ 內(nèi)的技術(shù)要求。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 :電加熱裝置是 一個(gè)具有自平衡能力的對(duì)象，可用二階系統(tǒng)純滯后環(huán)節(jié)來描述。因而一般可用一階慣性滯后環(huán)節(jié)來描述溫控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。 由于本文是對(duì)溫度控制系統(tǒng)的控制方式（采用什么樣的控制器）優(yōu)劣的探究，所以對(duì)于控制對(duì)象不是主要的研究對(duì)象，這里取三組控制溫度控制對(duì)象的模型 )(SG 如下： 1220)(1 ???SeSG s （ 22） 1420)(2 ???SeSG s （ 23） )14)(12(20)( ??? ? SS eSG s （ 24） 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 F C / P I D G ( s )Y d ( t )e ( t )Y ( t )()t? 圖 21 控制流程圖 分別設(shè)計(jì) PID 和 Fuzzy 控制器，并做多層次不同比較各自性能，得出最優(yōu)控制方法。 P、 I、 D 控制 比例（ P）控制 比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。 對(duì)一個(gè)自 動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)。積分項(xiàng)對(duì)誤差取關(guān)于時(shí)間的積分，隨時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。 因此，比例加積分（ PI）控制器，可以使系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差調(diào)節(jié)過程中可能 會(huì)出現(xiàn)震蕩甚至失穩(wěn)。解決的辦法是使克服誤差的作用的變化有些“超前”，即在誤差接近零時(shí)，克服誤差的作用就應(yīng)該是零。所以對(duì)于有較大慣性和滯后的被控對(duì)象，比例加微分（ PD）的控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。 在噪聲、負(fù)載擾動(dòng)等因素的影響下，過程參數(shù)甚至模型結(jié)構(gòu)均會(huì)隨時(shí)間和工作環(huán)境的變化而變化。 PID控制器參數(shù)的整定方法很多， 本實(shí)驗(yàn)采用 臨界比例度法 來整定 PID 參數(shù)。通過實(shí)驗(yàn)由經(jīng)驗(yàn)公式得到控制器的近似最優(yōu)整定參數(shù)，用來確定被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性的兩個(gè)參數(shù)：臨界增益 Ku 和臨界振蕩周期 Tu 。此時(shí)的比例增益 被稱為臨界增益 ，相鄰兩個(gè)波峰間的時(shí)間間隔為臨界振蕩周期 Tu 。 (2)將比例增益 Kp 逐漸減小，直至得到等幅振蕩過程，記下此時(shí)的臨界增益 Ku 和臨界振蕩周期 Tu 值。 表 31 臨界比例參數(shù)整定公式 控制器類型 Kp Ti Td P ? 0 PI 0 PID 按照“先 P后 I最后 D”的操作程序?qū)⒖刂破髡▍?shù)調(diào)到計(jì)算值上。 Step 1:以 MATLAB 里的 Simulink 繪出反饋方塊，如下圖 33 所示 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 33 反饋方塊圖 PID 方塊圖內(nèi)為： 圖 34 PID 方塊圖 Step 2:將 Td調(diào)為 0， Ti 調(diào)為 0，讓系統(tǒng)為 P 控制，如下圖 35 所示： 圖 35 PID 方塊圖 Step 3：調(diào)整 KP使系統(tǒng)震蕩，震蕩時(shí)的 KP 即為臨界增益 KU，震蕩周期即為 TV。 三個(gè)不同的控制對(duì)象模型的 Kp， Ti， Td 的整定值。而 PID控制對(duì)于模型的變動(dòng)比較敏感，改動(dòng)傳遞函數(shù)的結(jié)構(gòu)或者參數(shù)后需要重新調(diào)試 Kp、 Ki、 Kd 才能適應(yīng)新模型，這樣很大 的加重了工作量， 需要想辦法解決這個(gè)缺陷，所以，需要引進(jìn)另一種更占優(yōu)勢(shì)的控制方式來對(duì)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，即模糊控制系統(tǒng)。 第四章 Fuzzy 控 制器的設(shè)計(jì)與仿真比較 模糊控制器的設(shè)計(jì) 用系統(tǒng)輸出的偏差 E和輸出的偏差變化率 EC作為輸入信息 ,而把控制量的變化作為控制器的輸出量 ,這樣就確定了模糊控制器的結(jié)構(gòu)。在實(shí)際微機(jī)模糊控制系統(tǒng)中 ,一般先構(gòu)成模糊控制表。然后將此表放到微機(jī)的存儲(chǔ)器中 ,這樣 在過程控制中 ,微機(jī)采樣和變換得到的E和 EC直接與模糊控制表中行、列相比較 ,通過查表程序即可馬上得出所需要的控制量 U,去控制工業(yè)對(duì)象。 取誤差 E與誤差變化率 EC和控制量 U的論域均為{6,5,4,3,2,1,0,1,2,3,4,5,6}， Fuzzy 語言集均選為 {PB,PM,PS,ZO,NS,NM,NB}， 在模 糊邏輯編輯窗口 FIS Editor 中編輯 E， Ec， U 的隸屬度函數(shù)，即確定隸屬度函數(shù)表，如果采用三角形隸屬度函數(shù)則有下表： 表 41 三角形隸屬