基于模糊控制的电加热炉控制系统

基于模糊控制的电加热炉控制系统姓名：唐玉光班级：2011级9班学号：01201102060909目录目录..................................................................................................................................................21引言..............................................................................................................................................32.加热炉控制的意义......................................................................................................................43.传统PID与模糊控制的简介......................................................................................................54.模糊控制与PID控制方法的设计与比较...................................................................................64.1模糊控制器设计................................................................................................................64.2PID及模糊控制原理和仿真结构图................................................................................74.3滞后时间的影响................................................................................................................95.总结：........................................................................................................................................116.参考文献：..................................................................................................................................121引言PID控制是控制领域产生最早，应用最广的一种控制方法。具不完全统计，不论是工业过程控制还是航空航天控制领域，PID控制早已经上了经典教科书，然而由于其原理简单和应用效果，人们仍然不断研究其各种设计方法和未来发展潜力[1]。模糊控制在只能控制领域由于理论研究比较成熟，实现相对比较简单，适应面宽而得到广泛的应用。在现代工业控制应用中，模糊控制都充当着重要的角色。PID控制和模糊控制作为应用广泛，特点鲜明，又具有某些联系的两种控制方式一直受到控制领域广泛的关注，众多学者从不同角度对他们进行了对比性研究。[2][3][4]。2.加热炉控制的意义在控制领域中，温度控制广泛应用于社会生活的各个领域。电加热炉温度控制具有升温单向性，大惯性大滞后性的特点。其升温单向性是由于电加热炉的升温是依靠电阻丝，降温是依靠环境自然冷却。当其温度一旦有超调，就无法单纯用控制手段时期降温，种种很大的不确定性使得加热炉在加热过程中很难全面考虑各种因素的影响，准确控制加热过程。传统的继电器电路简单实用，但由于继电器动作频繁，可能会因触电不良而影响正常工作。今年来提出改进的电路，采用主回路无触点控制，客服继电器结出不良的缺点，且维修方便，缺点是温度控制范围小，精度不高，因此，设计和精度相适应的电加热炉温控系统非常有实际意义。3.传统PID与模糊控制的简介PID控制即比例，积分，微分控制。由于其结构简单，容易实现，控制效果好，鲁棒性强等特点，因而，自19世纪40年代开始，PID控制在工业过程控制过程中至今仍得到广泛应用。温度控制系统将电阻实时采集的温度值与设定值进行比较，所得差值作为PID控制模块的输入。经PID算法计算出输出控制量，利用修改被控制量误差的方法实现闭环控制。该方法需现场整定PID参数，而确定被控对象模型具有一定的难度。另外，该方法抗干扰的能力较差。模糊逻辑在控制领域的应用称为模糊控制。模糊控制主要将操作者的经验和专家的控制经验和知识表示成语言变量描述的控制规则，然后根据控制规则实施控制。它适用于不一取得精确数学模型和数学模型位置或者经常变化的对象。基于模糊算法的温度控制系统的实现，首先根据控制经验形成模糊规则输入计算机中。然后将采样所得温度误差和误差变化率的精确量模糊化，计算机根据模糊规则推理做出模糊决策，求出相应的控制量。将控制量精确化后去驱动执行机构，调整输入达到调节温度目的。4.模糊控制与PID控制方法的设计与比较电加热炉的模型1sGTsKes，4.1模糊控制器设计模糊控制器的设计如图4.1.1,图4.1.2，图4.1.3.控制器采用双输入单输出如图4.1.1图4.1.1控制规则的设定如图4.1.2，图4.1.3图4.1.2图4.1.34.2PID及模糊控制原理和仿真结构图原理结构如图4.2.1图4.2.2图4.2.1PID控制原理图4.2.2模糊控制原理仿真结构如图4.2.3图4.2.4图4.2.3PID仿真结构图4.2.4模糊控制仿真结构4.3滞后时间的影响常规PID：=0.2，T=80模糊控制：=0.2，T=80常规PID：=0.3，T=80模糊控制：=0.3，T=805.总结：由上述比较可知，随着纯滞后时间的增加，对于常规PID控制系统会造成系统波动加大，而模糊控制系统受到的影响较小，他的控制精度和动态特性很理想，说明模糊控制在被控对象当前的惯性时间下对纯滞后时间的鲁棒性较好，比常规PID控制好些。总结以上仿真实验，我们可得出结论如下：模糊控制对纯滞后时间的鲁棒性比常规PID控制好模糊控制的动态特性控制精度比常规PID控制好模糊控制臂比常规PID控制的稳定性好6.参考文献：[1]FANGY,CHOWTWS,LIXD.Dseofrecurrentneuralnetworkindiscretesliding-modecontrol[J].IEEE.priceedings;Controltheoryandapplications,1999.146(1):84-90.[2]王岩青，蒋昌盛。一类非线性不确定中立系统的鲁棒自适应滑膜控制[J].吉林大学学报：工学版，2007,37（4）：935-938.[3]CHEMTL,WUYC.Intetiablestructucrecontrolapprovalfoeeobotmanipulators[J].IEEEptoceedings-D,1992,161-165.[4]杜红珊，一类反射非线性系统的自适应神经网络输出反馈变结构控制[J].控制理论与应用，2008,25（6）：1042-1044