基于模糊PID的温度控制系统设计与分析.pdf

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1、精密制造与自动化2010年第2期o∈》o《>。∈}o毛}o<。毛}。∈争o·∈≥．。◇O；设计与开发◇9。eo·e}o·∈。<。o·e}o·∈争。◇。◇。基于模糊PID的温度控制系统设计与分析吕俊霞河南工业职业技术学院机电工程系(473009)摘要分析了PID的温度控制系统设计与方法，阐述了温度控制在工农业生产、国防、科研以及日常生活等领域占有重要的地位，是工农业生产及生活中较为常见和基本的工艺参数之一。利用计算机进行温度控制来实现实时调节、数字显示、信息存储，对于提高生产效率和产品质量，节约能源等有着积极的意义。关键词模糊控制PID温

2、度系统1模糊控制在温度调节系统中的应用现状主观经验，如选择隶属函数、确定控制规则等，这温度控制在工农业生产、国防、科研以及日常不可避免地会带有不合理的成份，也必然影响系统生活等领域占有重要的地位，是工农业生产及生活的控制效果。因此，寻求减少控制器设计中人的主中较为常见和基本的工艺参数之～。利用计算机进观因素影响、提高模糊控制器性能的方法问题引起行温度控制来实现实时调节、数字显示、信息存储，了人们的极大兴趣。另外，随着各种寻优算法的迅对于提高生产效率和产品质量，节约能源等有着积速发展，模糊控制和寻优算法紧密的结合已成大势极的意义。所趋。目

3、前形成了多种具有自学习白适应能力的新另外随着社会的进步和人民生活水平的不断提型模糊控制器。高，像任何其他控制系统一样，对温度控制系统的要求也越来越高。2模糊PlD策略的研究自动控制系统的被控对象越来越复杂，不仅表众所周知，温度变化过程的机理是很复杂的，现在控制系统具有多输入的参数时变性和严重的非且温度控制系统由于存在着大惯性、非线性等特性，线性，更突出的是从系统对象所能获得的知识信息如果采用普通的控制算法，例~HPID等，试图建立精量相对减少，以及与此相反地对控制性能要求的日确的数学模型是极其困难的，很难保证最后的控制益提高。效果；如果

4、采用自适应等控制算法，就要花费大量然而，实际情况正如查德教授提出的：“当一个的精力去分析系统的模型，并且由于温度控制系统系统复杂度增大的时候，人们能够使它精确化的能的模型复杂，建立模型也比较难于正确地描述系统力将降低，当达到一定的阈值的时候，复杂性和精的真实行为，所以采用该控制方法也不是非常合适确性将会相互排斥”。即在多变量非线性时变的系的。温度控制系统本身就是时变的、非线性的、有统中，系统的复杂性与人们要求的精确性之间会形滞后的复杂系统，因此无论使用经典的PID控制还是成尖锐的矛盾。因此，要想精确描述复杂对象与系现代控制理论的各种算法

5、都很难达到满意的控制效统的任何物理现象和运动状态，实际上是不可能的，果。但是，对于这些难以利用传统方法实现自动控关键是如何使精确与简明取得平衡，而使问题的描制的生产过程，有经验的操作人员使用手动控制却述具有实际意义。能够取得令人满意的控制结果。模糊控制作为智能控制的重要组成部分，用于分析一下操作人员的手动控制就不难发现，其解决非线性时变复杂系统的控制问题已显示了巨大实人的控制行为正是遵循反馈控制的思想，并且运的优越性。用了模糊的方法。模糊控制正是运用或是模仿了人模糊控制器的设计会不同程度地参入设计者的的智能行为，如果温度控制系统采用模糊

6、控制的方23精密制造与自动化2010年第2期法，也许就能够非常容易解决上述的问题，从而实求，温室温度调节及控制系统一定要采用新技术，现温度控制系统的智能控制。因此确定采用模糊控逐步实现专业化、现代化、智能化。制算法进行系统控制。3．1模糊PID控制系统结构模糊控制属于计算机控制的一种形式，模糊控模糊PID控制系统主要由参数可控式PID系统制系统的组成类似于一般的数字控制系统，模糊控和模糊控制系统两部分组成，其原理如图2所示。参制系统方框图如图1所示。数可控式PID控制器完成对系统的直接控制，模糊控制器实现对PID3个控制参数(、Ki及K

7、d)的在线自动修正。图1模糊控制系统框图模糊控制系统一般可以分为四个部分：(1)模糊控制器：实际上是～台微型计算机，根据系统的需要，可以选用系统机，也可选用单片机或ARM等。(2)输入／输出接口装置：模糊控制器通过输入输出接口从被控对象获取数字信号量，并将模糊控制器的输出信号通过数模转换，将其转换为模拟信号，送给执行机构去控制被控对象。图2自适应模糊PID控制系统结构(3)广义对象：包括被控对象及执行机构，被控对象可以是线性或非线性的，定常的或时变的，3．2PID参数调整规则也可以是单变量或多变量的，有时滞或无时滞的以数字式PID控制器

8、一般用以下函数表示：及有干扰的多种情况。1(4)传感器：将被控对象或各种过程的被控制(尼)=KP()+∑P(f)+e()i=o量转换为电信号。然而，模糊控制要有好的控制效果，必须具有式中：P(为系统误差，P