基于模糊pid控制的电阻炉温度控制系统设计(附件)【字数：10491】
摘 要工业控制过程中，电阻炉是典型的控制对象，因为它的温度控制具有单向温升、大惯性、纯滞后、时间变化等特点。建立精确的模型，用数学方法确定参数还是有一定困难的。然而PID控制很容易实现，因为它有一些可以消除稳态误差的点。在大多数情况下，它能满足系统的性能要求，但其性能取决于参数的整定条件。但是PID控制的速度和超调量不能同时得到较好的控制，因此，要求超调量小和加热快速的系统，PID控制不能很好地进行控制。模糊控制在快速和超调量小方面有其自身的优点，但其理论并不完善，算法复杂，控制过程有稳态误差。智能模糊控制系统，就是在传统的电阻炉控制系统中，加入模糊控制算法。模糊控制系统想要在线修改PID参数，就需要运用模糊控制规则，并采用模糊自整定方法建立PID控制系统，来提高控制效果。本文要做的内容就是根据电阻炉温度控制系统，建立一个数学模型，分别用PID控制器，模糊PID控制器对其进行控制，最后比较分析传统PID控制和模糊PID控制技术不同的优缺点，结合两种控制方式的优点，各取所长。并用MATLAB对其结果进行仿真、比较。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2 课题研究 1
第二章 PID控制 3
2.1 PID控制器 3
2.1.1 比例调节器 4
2.1.2 比例积分调节器 4
2.1.3 比例积分微分调节器 4
2.2 PID控制器的优缺点 5
2.2.1 PID控制器的优点 5
2.2.2 PID控制器的不足 5
第三章 模糊PID控制 6
3.1 模糊控制 6
3.1.1 模糊控制的特点 6
3.1.2 模糊控制的工作原理 7
3.2 模糊自适应整定PID控制 8
3.2.1 模糊自适应整定PID控制原理 8
3.2.2 模糊控制器 9
3.3 确定模糊控制规则 15
3.4 模糊自整定PID控制工作流程 19
第四章 电阻炉温度控制系统设计 21
4.1 电阻炉简介 21
4.1.1 电阻炉温度控制系统的数学模型 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
21
4.1.2 建立电阻炉模糊控制器 23
4.2 电阻炉的模糊PID控制 23
第五章 MATLAB仿真分析 25
5.1 MATLAB软件介绍 25
5.2 MATLAB仿真 25
5.3 PID控制仿真 26
5.4 模糊PID控制仿真 27
5.5 比较分析 28
总结 29
致谢 30
参考文献 31
第一章 绪论
1.1引言
PID控制是最早发展起来的控制策略之一，具有结构简单、可靠性高、稳定性能好等优点，特别适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。由于它的算法简单，被广泛应用在过程控制和运动控制中。当前科学技术的飞速发展，控制理论技术也在不断地改进和完善，但PID控制技术依旧是工业控制领域中的一项重要技术。在PID控制中，PID参数的整定是一项重要技术。在实际工业生产过程中，被控对象往往具有非线性、时变不确定性，建立精确的数学模型几乎是不可能的，所以这时候运用常规的PID控制器，是不能达到理想的控制效果的。在这种情况下，PID参数的整定就不需要依靠数学模型了，只要完成在线自整定，就能达到理想的控制效果。
当前计算机技术的飞速发展，人们可以用电脑来储存操作人员的知识和经验，要调节PID参数时，计算机会根据实际情况来自动调整。但一些操作经验计算机语言根本无法描述，无法用定量表示控制过程中的一些输入输出，而模糊理论就能有效解决这一问题。模糊自适应PID控制就是，运用模糊数学，用模糊集表示模糊规则，再用计算机根据实际情况进行模糊推理，从而调整PID参数。
1.2 课题研究
电阻炉在工业上被广泛的应用在机械、冶金、电力、石油化工等各个工业产业中，在这些工业生产过程中，最重要的就是温度测量和控制，所以温度控制技术是现代科学技术发展的重要的一部分。
温度是生活中是一个常见的物理量，但在工业生产过程中却是一个非常重要的物理参数。为了保证生产的高效性，必须对温度、速度、压力、流量等实际生产过程中的主要参数进行有效的监控，因为工业生产过程中最重要的环节就是温度控制。有效的控制温度是生产优质化的前提。正是因为温度在生活中的无处不在，所以能够控制温度是十分有意义的。
温度控制技术的发展经过了三个阶段，定值开关控制、PID控制和智能控制。本文主要研究的就是温度控制第二个阶段:PID控制。PID控制能很好地控制着温度系统，但对于具有大滞后、大惯性、时变性的温度系统，PID控制就很难保证控制品质了。
在工业生产过程中，PID控制是最常见的控制器之一，所以它被广泛的应用在冶金，机械等工业领域中。电阻炉温度控制系统因为原理简单，工作稳定，可靠性高等特点，经常选用PID控制来做控制系统。随着科学发展的进步，现代工业发展的要求，PID控制器所控制的被控对象也越来越复杂多样，就要求控制系统的精确性能和可靠性越来越高，对PID控制器的要求也越来越高。想要PID控制能永远的跟得上时代的潮流，就必须和先进的控制策略相结合，并逐渐向高精度，高性能，智能化发展。随着PID控制器参数的ZN调优方法的提出，PID参数整定理论也在不断发展。该规则的自调优方法不需要控制对象的数学模型，而是基于之前的手动操作规则，根据控制系统输出的偏差和期望值自动调整PID参数。基于专家系统的设置方法、基于模糊或神经网络的设置方法以及基于控制器参数优化计算的设置方法，实现了规则的自调优方法。
虽然PID参数自调整的理论是一个很好的发展,仍有许多问题有待解决,如自整定稳定性理论、不稳定对象和PID参数设置在大干扰的存在。可预见的是，基于智能控制技术的自整定理论将成为自整定理论未来发展的重点之一。
PID控制
PID控制是一种控制规律，按照偏差的比例、积分和微分进行控制的。它的优点是原理简单、容易实现、方便参数整定、能够灵活改变结构以及有很强的适用性等，被广泛的应用在连续系统中。
2.1 PID控制器
PID控制器由比例（P）、积分（I）和微分（D）组成的，其基本原理比较简单。其模拟PID控制系统原理框图如图21所示：
/
图21 模拟PID控制器系统框图
PID控制器作为一种线性控制器，控制偏差就是PID控制器用给定值r（t）和实际输出值y（t）构成的。
e(t)=r(t)y(t) （2.1）
PID控制规律为
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2 课题研究 1
第二章 PID控制 3
2.1 PID控制器 3
2.1.1 比例调节器 4
2.1.2 比例积分调节器 4
2.1.3 比例积分微分调节器 4
2.2 PID控制器的优缺点 5
2.2.1 PID控制器的优点 5
2.2.2 PID控制器的不足 5
第三章 模糊PID控制 6
3.1 模糊控制 6
3.1.1 模糊控制的特点 6
3.1.2 模糊控制的工作原理 7
3.2 模糊自适应整定PID控制 8
3.2.1 模糊自适应整定PID控制原理 8
3.2.2 模糊控制器 9
3.3 确定模糊控制规则 15
3.4 模糊自整定PID控制工作流程 19
第四章 电阻炉温度控制系统设计 21
4.1 电阻炉简介 21
4.1.1 电阻炉温度控制系统的数学模型 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
21
4.1.2 建立电阻炉模糊控制器 23
4.2 电阻炉的模糊PID控制 23
第五章 MATLAB仿真分析 25
5.1 MATLAB软件介绍 25
5.2 MATLAB仿真 25
5.3 PID控制仿真 26
5.4 模糊PID控制仿真 27
5.5 比较分析 28
总结 29
致谢 30
参考文献 31
第一章 绪论
1.1引言
PID控制是最早发展起来的控制策略之一，具有结构简单、可靠性高、稳定性能好等优点，特别适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。由于它的算法简单，被广泛应用在过程控制和运动控制中。当前科学技术的飞速发展，控制理论技术也在不断地改进和完善，但PID控制技术依旧是工业控制领域中的一项重要技术。在PID控制中，PID参数的整定是一项重要技术。在实际工业生产过程中，被控对象往往具有非线性、时变不确定性，建立精确的数学模型几乎是不可能的，所以这时候运用常规的PID控制器，是不能达到理想的控制效果的。在这种情况下，PID参数的整定就不需要依靠数学模型了，只要完成在线自整定，就能达到理想的控制效果。
当前计算机技术的飞速发展，人们可以用电脑来储存操作人员的知识和经验，要调节PID参数时，计算机会根据实际情况来自动调整。但一些操作经验计算机语言根本无法描述，无法用定量表示控制过程中的一些输入输出，而模糊理论就能有效解决这一问题。模糊自适应PID控制就是，运用模糊数学，用模糊集表示模糊规则，再用计算机根据实际情况进行模糊推理，从而调整PID参数。
1.2 课题研究
电阻炉在工业上被广泛的应用在机械、冶金、电力、石油化工等各个工业产业中，在这些工业生产过程中，最重要的就是温度测量和控制，所以温度控制技术是现代科学技术发展的重要的一部分。
温度是生活中是一个常见的物理量，但在工业生产过程中却是一个非常重要的物理参数。为了保证生产的高效性，必须对温度、速度、压力、流量等实际生产过程中的主要参数进行有效的监控，因为工业生产过程中最重要的环节就是温度控制。有效的控制温度是生产优质化的前提。正是因为温度在生活中的无处不在，所以能够控制温度是十分有意义的。
温度控制技术的发展经过了三个阶段，定值开关控制、PID控制和智能控制。本文主要研究的就是温度控制第二个阶段:PID控制。PID控制能很好地控制着温度系统，但对于具有大滞后、大惯性、时变性的温度系统，PID控制就很难保证控制品质了。
在工业生产过程中，PID控制是最常见的控制器之一，所以它被广泛的应用在冶金，机械等工业领域中。电阻炉温度控制系统因为原理简单，工作稳定，可靠性高等特点，经常选用PID控制来做控制系统。随着科学发展的进步，现代工业发展的要求，PID控制器所控制的被控对象也越来越复杂多样，就要求控制系统的精确性能和可靠性越来越高，对PID控制器的要求也越来越高。想要PID控制能永远的跟得上时代的潮流，就必须和先进的控制策略相结合，并逐渐向高精度，高性能，智能化发展。随着PID控制器参数的ZN调优方法的提出，PID参数整定理论也在不断发展。该规则的自调优方法不需要控制对象的数学模型，而是基于之前的手动操作规则，根据控制系统输出的偏差和期望值自动调整PID参数。基于专家系统的设置方法、基于模糊或神经网络的设置方法以及基于控制器参数优化计算的设置方法，实现了规则的自调优方法。
虽然PID参数自调整的理论是一个很好的发展,仍有许多问题有待解决,如自整定稳定性理论、不稳定对象和PID参数设置在大干扰的存在。可预见的是，基于智能控制技术的自整定理论将成为自整定理论未来发展的重点之一。
PID控制
PID控制是一种控制规律，按照偏差的比例、积分和微分进行控制的。它的优点是原理简单、容易实现、方便参数整定、能够灵活改变结构以及有很强的适用性等，被广泛的应用在连续系统中。
2.1 PID控制器
PID控制器由比例（P）、积分（I）和微分（D）组成的，其基本原理比较简单。其模拟PID控制系统原理框图如图21所示：
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图21 模拟PID控制器系统框图
PID控制器作为一种线性控制器，控制偏差就是PID控制器用给定值r（t）和实际输出值y（t）构成的。
e(t)=r(t)y(t) （2.1）
PID控制规律为
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