温度控制系统智能控制器的设计与仿真

毕业设计（论文）题目：温度控制系统智能控制器的设计与仿真华中科技大学文华学院毕业设计（论文）1目录摘要..................................................3关键词.................................................3Abstract...............................................4KeyWords..............................................51绪论..................................................61.1课题研究意义......................................61.2课题目的及温度控制的数学模型......................71.2.1课题目的.................................................71.2.2温度控制的数学模型.......................................71.3研究方式..........................................71.3.1PID控制..................................................71.3.2模糊控制.................................................82PID控制...............................................92.1PID控制概述......................................92.2PID控制算法......................错误!未定义书签。2.3PID控制器参数整定................错误!未定义书签。2.3.1ZIEGLER-NICHOLS整定公式..................................112.3.2COHEN-COON整定公式......................................113模糊控制..............................错误!未定义书签。3.1模糊控制概述......................错误!未定义书签。3.2模糊逻辑基础......................错误!未定义书签。3.2.1模糊控制的数学基础.......................错误!未定义书签。华中科技大学文华学院毕业设计（论文）23.2.2模糊逻辑系统的结构......................................153.3模糊控制器的设计.................................163.3.1模糊控制器设计要求.......................错误!未定义书签。3.3.2模糊控制器设计流程......................................164温度控制系统的仿真研究................................184.1仿真工具.........................................184.2PID控制器仿真...................................184.3模糊控制系统仿真.................................195总结.................................................23参考文献..............................................24致谢..................................................25华中科技大学文华学院毕业设计（论文）3温度控制系统智能控制器的设计与仿真摘要在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。温度是工业生产中常见的工艺参数之一,任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。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，可以更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。模糊自动控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制，从线性控制与非线性控制的角度分类，模糊控制是一种非线性控制。用模糊逻辑实现控制，只需要关心功能目标而不是系统的数学模型，研究的重点是控制器本身而不是被控对象。所以这种控制系统对被控对象的参数变化不敏感，具有很强的鲁棒性，模糊控制因为有较快的响应，能够克服非线性因素的影响等优点。本文工作主要是三个部分：介绍传统PID控制系统和模糊控制系统、提出温度控制模型、进行仿真和比较，最后得出结论。关键词：温度控制；PID控制；模糊控制。华中科技大学文华学院毕业设计（论文）4ThetemperaturecontrolsystemoftheintelligentcontrollerdesignandsimulationAbstractTemperatureplaysanextremelyimportantroleinthehumanlivingenvironment,Temperatureisoneofthecommonindustrialproductionprocessparameters,Anyphysicalchangesandchemicalreactionsarecloselyrelatedtotemperature,Temperaturecontrolisanimportanttaskforproductionautomation.Fortemperaturecontrolunderdifferentproductionconditionsandprocessrequirements,theuseofheatingmode,thefuelcontrolprogramalsovary.Nomatterwhereyoulive,whatkindofworkallthetimeandtemperatureofthenameofdealings.Fuzzytemperaturecontrolmethodhasbeenverywidelyusedinpracticalengineeringtechnology.Hasahigh-precisionfuzzycontroller,youcanbettersimulatethehumanexperiencetoimprovethecontrolperformance,Intheory,youcancompletelyeliminatethesteadystateerror.Fuzzyautomaticcontrolbasedonfuzzysettheory,fuzzylinguisticvariablesandfuzzylogicinferencebasedonacomputernumericalcontrol,Fromtheperspectiveoflinearcontrol,nonlinearcontrol,fuzzycontrolisanonlinearcontrol.Fuzzylogictoachievecontrol,Onlyneed华中科技大学文华学院毕业设计（论文）5tocareaboutthefunctionalgoalsratherthanthemathematicalmodelofthesystem,Thestudyfocusesonthecontrolleritselfratherthanthecontrolledobject.So,thiscontrolsystemisnotsensitivetotheparametersofthecontrolledobject,Hasastrongrobustness,Fuzzycontrolbecausethereisarapidresponse,Ispossibletoovercometheimpactofnonlinearfactors.Thisworkismainlyofthreeparts:TraditionalPIDcontrolsystemandfuzzycontrolsystem,Raisedthetemperaturecontrolmodel,Simulationandcomparison,andfinallyconcluded.KeyWords：Temperaturecontrol;PIDcontrol;fuzzycontrol.华中科技大学文华学院毕业设计（论文）61绪论1.1课题研究意义传统的温度计采集信息，不但采集精度差，实时性差，而且操作人员的劳动强度高，不利于推广。此外由于环境因素导致的数据难以采集的问题，特别是在工厂，火灾等的现场，工作人员不能长时间停留在现场观察和采集温度，就需要实现能够将数据采集并将其传送到一个地方集中进行处理，以节省人力，提高效率，但这样就会出现数据传输的问题，由于厂房大，需要传输的数据多，使用传统的方法容易造成资源浪费而且可操作性差，精度不高，这都在不同程度上限制了工作的进行和展开。因此，高精度，低成本，实时性好的温度控制系统亟待人们去开发。市场决定技术，技引导产品的开发，在这样的环境下，与温度控制相关的电子类产品的开发成为当今的研究热点。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法。其具体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调节器，后者称为数字PID调节器。其中数字PID节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（即比例值、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。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，可以更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。模糊自动控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制，从线性控制与非线性控制的角度分类，模糊控制是一种非线性控制。用模糊逻辑实现控制，只需要关心功能目标而不是系统的数学模型，研究的重点是控制器本身而不是被控对象。所以这种控制系统对被控对象的参数变化不敏感，具有很强的鲁棒性，模糊控制因为有较快的响应，能够克服非线性因素的影响等优点，在工业过程控制中得到了广泛的应用。模糊控制的发展也为温度控制提供了新的控制手段。本课题着力于运用模糊控制这一新兴控制手段解决传统控制手段难以应用的温度控制，并采用当前国际最流行的MATLAB软件仿真分析系统性能。华中科技大学文华学院毕业设计（论文）71.2课题目的及温度控制的数学模型1.2.1课题目的本论文以实际应用为出发点，以温度为控制对象，结合模糊控制与经典PID控制理论，考虑控制器的可实践性，提出了多种控制器结构，探索在结构上消除稳态误差，提高控制精度的方法。本文的具体内容安排如下：第一部分介绍了传统PID控制器和传统PID控制系统对于温度控制的具体操作方法。第二部分介绍了模糊控制器和模糊控制系统对于温度控制的具体操作方