模糊自整定pid温控系统的仿真研究及设计

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1、摘要温度是工业控制的主要被控参数之一，如在冶金、机械、食品、化工、印染、石油加工等工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等，可是由于温度自身的一些特点，如惯性大，滞后现象严重，难以建立精确的数学模型等，给控制过程带来了难题。本文研究合适的控制方案对电烤箱温度进行控制，技术要求是调节时问短，超调量为零且稳态误差在±1℃内。对电烤箱这样一个被控对象进行控制，有很多方案可选。首选的方案是PID控制，因为它简单，容易实现，在大多数情况下可以满足性能要求，目前，PID控制仍占80％以上。它有可消除稳念误差的优点。PID控制的性能取决于参数的整定情况，对那些对象模型复杂和模型难以确定的控制

2、系统，具有很大的局限性，而且它的快速性和超调量之间的矛盾关系，使它不一定能满足调节时间短、超调小的技术要求。第二个值得尝试的方案就是模糊控制，模糊控制鲁棒性好，无需知道被控对象的数学模型，且在快速性方面有着自己的优势：可是由于它的理论并不完善，对它可能获得的控制性能无法把握。而且模糊控制易受模糊规则有限等级的限制而引起稳态误差。本论文分析了PID控制和模糊控制的优缺点，考虑可以把它们相互结合，实现优势互补。具体采用的是用模糊规则整定KP、KI两个参数的模糊自整定PID控制方法。文中用MATLAB软件对PID控制、模糊控制和参数模糊自整定PID控制的控制性能和抗干扰能力分别进行了仿真研

3、究，仿真结果表明参数模糊自整定PID控制能满足调节时间短、超调量为零且稳态误差在±l℃内的控制要求，且对暂态可回复性干扰、不可回复性干扰和随机干扰都有很强的抑制能力。因此本论文最终确定采用参数模糊自整定PID控制方案：另外对其进行了鲁棒性分析，仿真结果表明，它对一阶惯性滞后模型的适应性很强，基本上都能达到相应速度快、零超调、稳态误差很小的理想效果。设计了以AT89S52单片机为核心的温度控制器，选用Ptl00为温度传感器，采用转换精度高、抗干扰能力强的4位半双积分式的A／D转换芯片ICL7135为AdD转换器件，同时由过零触发光电耦合器件MOC3061和晶闸管BTA20构成驱动执行单

4、元，由按键、LED数码显示器及报警单元等组成人机联系电路。在进行硬件设计的同时，也设计了相应软件程序流程图。关键词：PID控制；模糊控制；模糊自整定PID控制；仿真；系统设计abilitybeingstrong-PerformanceunitiscomposedofphotoelectricalcouplerMOC3061andTRIACSBTA20·Man’machinecircuitiscomposedofbuttons，LEDandwarningunit．etc．Whilethehardwarecircuitisdesigned，thecorrespondingprocedur

5、eflowchartisalsodesigned．Keywords：PIDControl；FuzzySelf-tuningPIDContr01：Stimulation；SystemDesign111AbstractTemperatureisoneofthemainparameterscontrolledintheindustrialprocesscontrol，forexampleinthemetallurgyindustry、machineryindustry、foodindustry、chemicalindustry、printindustryandthepetroleum—pr

6、ocessingindustryetc．，variouskindsofheatersandreactorsareextensivelyused．Butitisverydifficulttocontroltemperaturewellbecauseofsoniccharacteristicsofthetemperatureitself．Forexampletemperature’Sinertiaisgreat，it’Stime-lagisseriousanditisdifficulttoestablishaccuratemathematicalmodeloftheobject．This

7、paperistostudyanadaptcontrolmethodtocontrolthetemperatureoftheelectricoven，thetechnologydemandofcontrolmethodis：theregulatingtimemustbeshort．theovershootmustbezeroandsteady—stateerrormustbein±l℃．Fortheelectricoven，therearemanycont