温度控制系统智能控制器的设计与仿真 - 图文(2)

华中科技大学文华学院毕业设计（论文） 1.3.2 PID线性控温法

这种控温方法是基于经典控制理论中的PID调节器控制原理，PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好、可靠性高等优点被广泛应用工业过程控制中，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。由于PID调节器模型中考虑了系统的误差、误差变化及误差积累三个因素，因此，其控制性能大大地优越于定值开关控温。其具体控制电路可以采用模拟电路或计算机软件方法来实现PID调节功能。前者称为模拟PID控制器，后者称为数字PID控制器。其中数字PID控制器的参数可以在现场实现在线整定，因此具有较大的灵活性，可以得到较好的控制效果。采用这种方法实现的温度控制器，其控制品质的好坏主要取决于三个PID参数（比例值、积分值、微分值）。只要PID参数选取的正确，对于一个确定的受控系统来说，其控制精度是比较令人满意的。但是，它的不足也恰恰在于此，当对象特性一旦发生改变，三个控制参数也必须相应地跟着改变，否则其控制品质就难以得到保证。 1.3.3智能温度控制法

为了克服PID线性控温法的弱点，人们相继提出了一系列自动调整PID参数的方法，如PID参数的自学习，自整定等等。并通过将智能控制与PID控制相结合，从而实现温度的智能控制。智能控温法以神经网络和模糊数学为理论基础，并适当加以专家系统来实现智能化。其中应用较多的有模糊控制、神经网络控制以及专家系统等。尤其是模糊控温法在实际工程技术中得到了极为广泛的应用。目前已出现一种高精度模糊控制器，可以很好的模拟人的操作经验来改善控制性能，从理论上讲，可以完全消除稳态误差。所谓第三代智能温控仪表，就是指基于智能控温技术而研制的具有自适应PID算法的温度控制仪表。目前国内温控仪表的发展，相对国外而言在性能方面还存在一定的差距，它们之间最大的差别主要还是在控制算法方面，具体表现为国内温控仪在全量程范围内温度控制精度比较低，自适应性较差。这种不足的原因是多方面造成的，如针对不同的被控对象，由于控制算法的不足而导致控制精度不稳定。

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第二章 被控对象及控制策略

控制系统意味着通过它可以按照所希望的方式保持和改变机器、结构或其他设备内任何感兴趣或可变化的量。控制系统同时是为了使被控制对象达到预定的理想状态而实施的。控制系统使被控制对象趋于某种需要的稳定状态。

2.1被控对象

本文的被控对象电烤箱或者电炉的温度。设计目的是要对它的温度进行控制，达到调节时间短、超调量为零且稳态误差在±1℃内的技术要求。

在工业生产过程中，控制对象各种各样。理论分析和实验结果表明:电加热装置是一个具有自平衡能力的对象，可用二阶系统纯滞后环节来描述。然而，对于二阶不振荡系统，通过参数辨识可以降为一阶模型。因而一般可用一阶惯性滞后环节来描述温控对象的数学模型。

所以， 电烤箱模型的传递函数为：

K?e??sG(S)?TS?1 （2-1）

式（2-1）中 K-对象的静态增益 T-对象的时间常数 τ-对象的纯滞后时间

目前工程上常用的方法是对过程对象施加阶跃输入信号，测取过程对象 的阶跃响应，然后由阶跃响应曲线确定过程的近似传递函数。

由于本文是对温度控制系统的控制方式（采用什么样的控制器）优劣的探究，所以

对于控制对象不是主要的研究对象，这里取三组控制温度控制对象的模型G(S)如下：

20e?0.5sG1(S)?2S?1 （2-2）

20e?0.5sG2(S)?4S?1 （2-3）

20e?0.5sG3(S)?(2S?1)(4S?1) （2-4）

2.2控制策略

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?(t)Yd(t)-e(t)FC/PIDG(s)Y(t)

图2-1 控制流程图

分别设计PID和Fuzzy控制器，并做多层次不同比较各自性能，得出最优控制方法。

?1)白噪声 方差0.0001?(t)???2)确定干扰d?0.1,采样周期为0.1s. 其中Yd=1,

第三章 PID控制器的设计与仿真

3.1 PID控制器的模型与设计

比例 积分 微分 图3-1 PID控制模型

??1U(s)?Kp?1??TdS?E(s)?TiS? （3-1）

Gp(S)?U(S)1?Kp(1??TdS)E(S)TiS （3-2）

Kp或写成传递函数形式：

公式中U(s)和E（s）分别是u（t）和e（t）的拉氏变换，其中 …… 此处隐藏：161字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……