基于模糊PID参数自整定的温度控制系统的研究(精)

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基于参数自整定模糊PID控制的抗生素发酵罐温度控制系统

酵液的总比热，ｋ／ｋ ℃ ）为发酵罐内的温Ｊ（ｇ・；０
度，℃ 。
器，其由传感器和变送器两部分组成，安装于
发酵罐侧壁，输出与温度成正比的４２ｍＡ直～０流电流信号。根据厂家的要求，发酵罐的温度控制偏差为： ±０５。发酵罐温度是通过蛇形．℃ 管间接冷却控制的，通过控制调节阀的开度，
Ｇｓ＝— （）
ｅ
第３卷３第９期２１９上）［１０１（６１
、Ｉ
２２发酵罐温度的参数自整定模糊ＰＤ制算法的．Ｉ控ＭＡＬ仿真ＴＡＢ
在ＭＡＬＢＳｍｕｉｋ境中对该参数自整定ＴＡ／ｉｌ环ｎ
匐化
如图３所示。
图３ＰＤ制阶跃响应和模糊ＰＤ制阶跃响应Ｉ控Ｉ控
分析仿真结果：由在单位阶跃信号下的常规ＰＤ控制与模糊自适应ＰＤ控制器的响应曲线可ＩＩ知，模糊自适应ＰＤ的控制方式获得的系统动态响Ｉ应曲线较好，响应时间短、超调量小，且稳态精度高，系统遇到干扰时能很快恢复稳态，动静态性能好。
的不同而不同，因此控制比较困难。传统的ＰＤＩ控制已不适用于该控制对象。根据该厂的控制系统的现状和抗生素生产的工艺要求，将ＰＤ控Ｉ制和模糊控制相结合起来的参数自整定模糊ＰＤＩ

吹膜机的模糊自整定PID温度控制系统的设计及应用

吹膜机的模糊自整定PID温度控制系统的设计及应用方永锋;方昱斌【摘要】According to the large lag, nonlinear characteristics of the temperature control system of an inflation film manufacturing machine, a fuzzy self-tuning PID temperature control system was designed by using the combination of convention PID and fuzzy control.The system uses the fuzzy control rule to achieve the online parameter adjustment and the optimal effect of PID temperature control.The simulink simulation model for the control system was established, and the simulation analysis for the simplified model of the temperature control system was conducted.The results of simulation show that such a fuzzy self-turning PID controller has the advantages of both small overmodulation and short responsetime ,which make the system has the better control performance.%根据吹膜机温度控制系统的大滞后、非线性等特点,将常规PID控制和模糊控制相结合,设计了一种模糊自整定PID温度控制系统,该系统通过模糊控制规则实现PID控制器的参数的在线调整,以获得PID温度控制的最佳控制效果.建立了Simulink仿真模型,并对吹膜机温度控制系统的简化模型进行了仿真和分析.仿真结果表明:模糊自整定PID控制器有更小的超调量和更快的调节时间,使系统具有更好的控制性能.【期刊名称】《高技术通讯》【年(卷),期】2017(027)002【总页数】6页(P156-161)【关键词】模糊自整定;PID控制器;温度控制;仿真【作者】方永锋;方昱斌【作者单位】贵州工程应用技术学院机械工程学院毕节 551700;上海大学机电工程与自动化学院上海 200072【正文语种】中文塑料薄膜因具有轻便、耐性好等优点而得到广泛应用。

基于模糊PID的高精度温度控制系统

基于模糊PID的高精度温度控制系统张宝峰; 张燿; 朱均超; 豆梓文; 符烨【期刊名称】《《传感技术学报》》【年(卷),期】2019(032)009【总页数】5页(P1425-1429)【关键词】温度控制; 模糊PID; 半导体制冷器; 闭环控制【作者】张宝峰; 张燿; 朱均超; 豆梓文; 符烨【作者单位】天津理工大学光电器件与通信技术教育部工程研究中心天津300384; 天津理工大学电气电子工程学院天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室天津300384【正文语种】中文【中图分类】TP393温度的测量是工业生产中一个重要指标,其精度严重影响产品质量、生产工艺和生产安全,需要定期对温度传感器进行计量和校准,以保证温度测量的精度[1]。

但在某些特定场合,如工业生产线或者石油钻井平台,温度传感器难以拆卸下来进行校准,需要现场进行标定。

因此,设计一款用于现场校准温度传感器的便携式温度控制系统具有非常重要的现实意义[2]。

目前便携式的高精度温度控制系统大多使用半导体制冷器(Thermo Electric Cooler,TEC)来作为控制对象,来间接稳定被控物体的温度[3]。

其中,美国Fluke(福禄克)公司研制的高精度干式计量炉的控温性能处于世界领先地位[4]。

国内也有一些厂家在研究生产便携式的温度控制系统,但控温精度一般在0.01 ℃左右,整定速度不够快,控温效果还不够理想[5]。

本文利用模糊PID算法展开高精度大范围温度方法研究,在获得高精度稳定度的同时,提高整定速度;采用高精度铂电阻温度传感器和大功率TEC驱动电路相结合,设计并制作了一套基于模糊PID的高精度温度控制系统。

1 温度控制原理1.1 TEC的工作原理半导体制冷器是一种根据帕尔贴效应工作的电流型工作器件[6]。

其内部是由P型半导体和N型半导体组成的热电偶对[7]。

当有电流流过回路时,半导体内部会相应的吸收和放出热量来改变自身的势能,从而在半导体制冷器的两端形成冷端和热端,当电流方向改变时,其冷热两端也会发生互换[8]。

基于模糊PID控制器的控制方法研究_王述彦

2011年第30卷1月第1期机械科学与技术Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering January Vol．302011No．1收稿日期：2009－06－16基金项目：教育部留学基金项目（0004-1005）资助作者简介：王述彦（1963－），副教授，博士研究生，研究方向为工程机械理论及设计，wangshuyan63@163．com 王述彦基于模糊PID 控制器的控制方法研究王述彦，师宇，冯忠绪（长安大学工程机械学院教育部“道路施工技术与装备”重点实验室，西安710061）摘要：为解决工程机械多功能试验台二次调节加载系统的控制问题，笔者简介了PID 控制和模糊控制的原理及特点，提出了模糊PID 控制器的模糊PID 自整定控制方法。

在模糊PID 控制器的设计中，分析了模糊PID 控制器的控制原理；确定了模糊语言变量和隶属函数；制定了模糊规则以及模糊推理和解模糊的方法。

最后，分别采用PID 控制和模糊PID 控制对试验台二次调节加载系统进行了仿真。

研究表明模糊PID 自整定控制具有良好的校正性能，改善了二次调节加载系统的动态响应，提高了控制效果。

关键词：PID 控制；模糊控制；模糊PID 控制器；二次调节；试验台；仿真中图分类号：TH122文献标识码：A 文章编号：1003-8728（2011）01-0166-07A Method for Controlling a Loading SystemBased on a Fuzzy PID ControllerWang Shuyan ，Shi Yu ，Feng Zhongxu（Ministry of Education Key Laboratory for Technology And Equipment of Highway Construction ，College of Construction Machinery ，Chang'an University ，Xi'an 710064）Abstract ：To control the loading system for secondary regulation of the multi-functional experimental bench of con-struction machinery ，we introdue the theory and characteristics of PID control and fuzzy control．We put forward a control method of fuzzy auto-tuning PID for a fuzzy PID controller．During the process of designing the controller ，we analyze the control theory of the fuzzy PID controller ，determine variables of fuzzy statements and sub-ordinative functions and stipulates the methods of fuzzy rules ，fuzzy reasoning and creates solutions of the fuzziness．Finally ，we make simulation of the loading system of secondary regulation of the bench in the method of PID control and fuzzy PID control．The result shows that the fuzzy auto-tuning PID control is a good control method with correcting ability and it improves the dynamic response of the loading system．Key words ：PID control ；fuzzy control ；fuzzy PID controller ；secondary regulation ；experimental bench ；simulation长安大学最新研制的工程机械多功能试验台可悬挂多种工程机械工作装置，用于研究工程机械牵引及加载性能，该试验台牵引（加载）液压系统采用了二次调节加载系统。

基于模糊-PID参数自整定控制的循环流化床床层温度控制

量作清晰化后送至对应的执行器来控制被控对象的过程。
ＦＬＣ由模糊化、模糊推理、清晰化这几个部分构成，具体
二阶喷性系统，且其参数随运行工况的不断变化而变化，很难用数学模型进行描述，因此常规的纯ＰＩＤ控制系统无法满足控制要求。而模糊控制则是一种仿人工智能的控制方法，它不依赖于基于对象的数学模型，通过对模糊信息的处理，可以对复杂对象实施良好控制。模糊控制系统的
进ＡＰＩＤ控制器进行ＰＩＤ控制。它可以由以下函数表示：
“ （七）＝Ｋｐｅ（）＋８（ｆ）＋ｅｃ（ｋ）
其中，ｅ（ｋ）表示系统误差，ｅｃ（ｋ）表示系统误差变化率。对于ＣＦＢ床温，有：
ｅ（ｋ）＝Ｔ（ｔ）一Ｔｓ（ｔ）
性、时变、强耦合的复杂控制对象，使得实现床温自动控制较难。影响床温的因素很多，主要是煤质、给煤量、石
卜
ｅ
当锅炉额定工况时，增益Ｋ基本保持在０．９８左右，惯
性时间常数Ｔ为１２６ｓ，阶次为２，迟延时间Ｔ为２ｓ左右。即
１概述
循环流化床锅炉（ＣｉｒｃｕｌａｔｉｎｇＦｌｕｉｄｉｚｅｄＢｅｄＢｏｉｌｅｒ，
ＣＦＢＢ）的床温是影响锅炉燃烧效率、脱硫效率，以及氮氧化物、一氧化碳排放的主要因素，一般要求床温控制在８５０￣Ｃ～９００￣Ｃ之间，在这个区间内，不仅燃烧效率高、炉内脱硫效果最佳，同时ＮＯｘ排放量也比较小，所以维持正常的床温是循环流化床锅炉稳定、经济运行的关键。然而循环流化床锅炉是一个多变量、大惯性、非线

本科大作业模糊PID温控

模糊PID温度控制系统摘要温度控制在工业控制中一直是富有新意的课题，对十不同的控制对象，有着不同的控制方式和模式。

温度系统惯性大、滞后现象严重，难以建立精确的数学模型，给控制过程带来很大难题。

本文以电锅炉为研究对象，研究一种最佳的控制方案，以达到系统稳定、调节时间短目‘超调量小的性能指标。

本文对电锅炉可采用的控制方案进行了深入研究，首选的研究方案是PID控制。

温度PID控制器的原理，是将温度偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，PID控制的重点是参数的调节。

第二个研究方案是模糊控制，研究了模糊控制的机理，确定了电锅炉模糊控制器的结构。

通过对电锅炉温升特点的分析，建立了模糊控制规则表。

借助matlab中的Simulink和 Fuzzy工具箱，对电锅炉PID控制系统和模糊控制系统进行仿真分析。

结果表明当采用PID算法时，系统的超调量与调节时间，不能同时满足技术要求。

当采用模糊控制时，超调量与调节时间虽然同时满足技术要求，但系统出现了稳定误差。

因此本文将模糊控制的智能性与PID控制的通用性、可靠性相互结合，设计了一种参数自整定模糊PID控制器，采用模糊推理的方法实现PID参数Kp 、Ki和Kd的在线整定。

经仿真研究，参数自整定模糊PID控制效果达到了电锅炉温度控制系统的性能指标，是一种较为理想的智能性控制方案。

关键词温度控制;模糊PID控制;参数整定;仿真Abstract第一章绪论1.1 选题背景及其意义在工业生产过程中，控制对象各种各样，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。

在生产过程中，为了高效地进行生产，必须对它的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的控制。

温度控制在生产过程中占有相当大的比例，其关键在于测温和控温两方面。

温度测量是温度控制的基础，技术已经比较成熟。

由于控制对象越来越复杂，在温度控制方面，还存在着许多问题。

如何更好地提高控制性能，满足不同系统的控制要求，是目前科学研究领域的一个重要课题。

PID控制器参数模糊自整定研究

PID控制器参数模糊自整定研究PID控制器是一种广泛使用的工业控制系统组件，它可以根据设定值和实际输出值之间的误差来调整控制系统的增益，以实现系统的稳定性和性能优化。

然而，传统的PID控制器参数整定方法通常需要手动调整，这不仅需要丰富的经验，而且也难以保证参数的最优性。

因此，研究PID控制器参数的自动整定方法具有重要意义。

在过去的几十年中，模糊自整定技术成为了一种流行的PID控制器参数自动整定方法。

该技术结合了模糊逻辑和参数辨识，通过不断监测系统的运行状态，以及根据系统性能指标的变化来自动调整PID控制器的参数。

目前，关于PID控制器参数模糊自整定的研究已经取得了一定的进展。

在理论研究方面，研究者们已经提出了一些有代表性的模型和算法，如基于规则的模糊自整定、基于人工神经网络的模糊自整定等。

在实验研究方面，研究者们已经在各种实际应用场景中验证了模糊自整定技术的有效性和优越性，如电机控制、化工过程控制等。

模糊自整定技术的原理是基于模糊逻辑和参数辨识。

通过参数辨识算法来识别控制系统的参数，以确定PID控制器的最佳参数组合。

然后，利用模糊逻辑推理来确定PID控制器的输出，以实现对控制系统的有效控制。

根据系统的性能指标，如超调量、调节时间等，来反馈调节PID控制器的参数，以实现控制效果的优化。

在PID控制器中应用模糊自整定技术时，需要设置一些模糊参数，如输入输出变量的模糊化程度、模糊规则等。

这些参数的选择对控制效果有着重要影响。

因此，在实际应用中，需要根据具体系统和控制要求来合理设置这些参数，以达到最佳的控制效果。

通过分析实际案例，我们发现模糊自整定技术在PID控制器中的应用取得了显著的成果。

例如，在电机控制系统中，模糊自整定技术成功地提高了系统的稳定性和响应速度。

在化工过程控制中，该技术有效降低了系统的误差和超调量，提高了控制精度。

模糊自整定技术在PID控制器参数整定中具有重要意义和应用价值。

通过将模糊逻辑和参数辨识相结合，它可以实现PID控制器参数的自动调整和优化，从而提高控制系统的性能。

基于模糊PID算法远程温度控制系统的实现

基于模糊PID算法远程温度控制系统的实现金凯鹏胡即明( 浙江海洋学院工程学院浙江舟山 316004 )摘要：针对实时温度控制对象，本文提出了一套远程控制系统，并结合了模糊PID控制算法，介绍了其电路组成和设计原理，实现了对远程温度系统的监视和控制功能。

采集端主要实现温度采集、数码显示、温度设定、无线编码发射、加热开关控制等功能; 监控部分主要实现无线解码接收、温度显示、报警等功能模块。

本系统的研究成果是实时控制与无线传输结合的重大进步。

关键词：远程温度控制; PID; 模糊控制; 无线传输; 串行通信中图分类号: TP37文献标识码: ARealization of Remote Temperature Control SystemBased on Fuzzy PID ArithmeticJIN Kai-Peng HU Ji-Ming(Engineering College of Zhejiang Ocean University, Zhoushan, Zhejiang 316004, China )Abstract: A suit of remote control system for real-time temperature control plant is described. Combining with fuzzy PID arithmetic, its structure and principle is introduced. The design realizes the watch and control functionof remote liquid-level control system. The sample module mainly realizes such functions as gathering, displaying、coding 、setting and sending the temperature signal in wireless way, setting the heating time, etc. The master module mainly realizes such function s as decoding receiving and displaying the temperature sent from the master module, aim temperature inputting, alarming, feedback controlling, etc. The system, integrating real-time control and wireless transmission technology , is a great progress for remote real-time control.Keywo r ds: Remote temperature control；PID; Fuzzy; Wireless transmission; Serial communication1 引言温度控制技术是一种比较重要的工业技术, 不仅应用在化工、医疗、航空、航天等高科技领域, 还应用在人们的日常生活中[1-2]。

基于模糊PID控制器的控制方法研究

基于模糊PID控制器的控制方法研究一、本文概述随着科技的进步和工业的快速发展，控制系统的精确性和稳定性成为了诸多领域，如自动化、机器人技术、航空航天等的关键需求。

PID （比例-积分-微分）控制器作为经典的控制策略，已被广泛应用于各种实际工程问题中。

然而，传统的PID控制器在面对复杂、非线性和不确定性的系统时，其性能往往会受到限制。

因此，寻求一种更加灵活、适应性强的控制方法成为了当前的研究热点。

本文旨在探讨和研究基于模糊PID控制器的控制方法。

模糊PID控制器结合了传统PID控制器的优点和模糊逻辑控制的灵活性，能够在不确定和非线性环境中实现更为精准和稳定的控制。

文章首先将对模糊PID控制器的基本原理进行介绍，包括其结构、特点和工作机制。

然后，通过对比实验和仿真分析，评估模糊PID控制器在不同场景下的控制效果，并探讨其在实际应用中的潜力和挑战。

文章还将讨论模糊PID控制器的参数优化方法，以提高其控制性能和鲁棒性。

本文的研究不仅有助于深入理解模糊PID控制器的控制机理，也为相关领域提供了一种新的控制策略选择，对于推动控制理论的发展和应用具有重要的理论价值和实践意义。

二、模糊PID控制器的基本原理模糊PID控制器是一种结合了模糊逻辑与传统PID控制算法的控制方法。

它旨在通过引入模糊逻辑的优点，改善传统PID控制在处理复杂、非线性系统时的不足。

模糊化过程：将PID控制器的三个主要参数——比例系数(Kp)、积分系数(Ki)和微分系数(Kd)进行模糊化。

这通常涉及到将连续的参数值映射到一组离散的模糊集合上，如“小”“中”和“大”。

模糊推理：在模糊化之后，模糊PID控制器使用模糊逻辑规则对输入误差(e)和误差变化率(ec)进行推理。

这些规则通常基于专家知识和经验，旨在确定如何调整Kp、Ki和Kd以优化系统性能。

解模糊化：经过模糊推理后，得到的输出是模糊的。

为了将这些输出应用于实际的控制系统，需要进行解模糊化过程，即将模糊输出转换为具体的、连续的控制信号。

基于Smith预估模糊PID控制的加热器温控系统

加热器是石油、工、化电力、冶金等工业生产过程中重要的加热设备。为保证生产过程正常进行，需对加热器出口温度进行定值控制，热器出口温加
法对时滞性的补偿能力．提出一种Ｓｉｍｔｈ预估模糊
ＰＤ复合控制方案，用模糊自适应ＰＤ控制器，Ｉ采Ｉ并
由Ｓｔｍｉｈ预估器来实现温度对象纯滞后特性动态补偿。实际运行结果表明本方案提高了加热器出口温度的控制精度，降低了述温控系统的硬件配置和软件实现．实际运行结果表明该方案有效提高了系统的抗干扰能力和适应参数变化的能力，有鲁棒性强、态响应快及稳态精度高的优点。具动
关键词：糊Ｐ０参数自整定；ｍｔ预估器；热器模１；Ｓ１ｈ加中图分类号：Ｐ７Ｔ２３文献标志码：Ａ
性导致的工况复杂、制难度大的问题，出一种Ｓ５ｈ估模糊Ｐ１控提ｍｃ预Ｄ复合控制方案，用模利
糊控制规则实现ＰＤ的３参数在线自整定．采用Ｓｔ预估器对温控系统的纯滞后进行补Ｉ个ｍｉｈ
文章编号：０ｌ９４（０２０ —０９０１０一９４２１）６０４－４
基于ＳｍＩｔｈ预估模糊Ｐ控制的加热器温控系统ｌＤ
王春艳
（山东省工会管理干部学院，南２００）济５１０

基于PLC的PID温度控制系统设计(附程序代码)

基于PLC的PID温度控制系统设计（附程序代码）摘要自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。

随着PLC技术的飞速发展，通过PLC对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。

温度控制系统广泛应用于工业控制领域，如钢铁厂、化工厂、火电厂等锅炉的温度控制系统。

而温度控制在许多领域中也有广泛的应用。

这方面的应用大多是基于单片机进行PID 控制, 然而单片机控制的DDC 系统软硬件设计较为复杂, 特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处, 然而PLC 在这方面却是公认的最佳选择。

根据大滞后、大惯性、时变性的特点，一般采用PID调节进行控制。

随着PLC功能的扩充，在许多PLC 控制器中都扩充了PID 控制功能, 因此在逻辑控制与PID控制混合的应用场所中采用PLC控制是较为合理的。

本设计是利用西门子S7-200PLC来控制温度系统。

首先研究了温度的PID调节控制，提出了PID的模糊自整定的设计方案，结合MCGS监控软件控制得以实现控制温度目的。

关键词:PLC;PID;温度控制沈阳理工大学课程设计论文目录1 引言...................................................................... (1)1.1 温度控制系统的意义...................................................................... .. (1)1.2 温度控制系统背景...................................................................... .................. 1 1.3 研究技术介绍...................................................................... .. (1)1.3.1 传感技术...................................................................... (1)1.3.2PLC .................................................................... . (2)上位机...................................................................... ............................1.3.3 31.3.4 组态软件...................................................................... ........................ 3 1.4 本文研究对象...................................................................... .. (4)2 温度PID控制硬件设计...................................................................... (5)2.1 控制要求...................................................................... .................................. 5 2.2 系统整体设计方案...................................................................... .................. 5 2.3 硬件配置...................................................................... . (6)2.3.1 西门子S7-200CUP224 ................................................................. .. (6)2.3.2 传感器...................................................................... . (6)2.3.3 EM235模拟量输入模块.....................................................................72.3.4 温度检测和控制模块...................................................................... .... 8 2.4 I/O分配表 ..................................................................... ................................ 8 2.5 I/O接线图 ..................................................................... .. (8)3 控制算法设计...................................................................... .. (9)3.1 P-I-D控制...................................................................... .............................. 9 3.2 PID回路指令 ..................................................................... .. (11)3.2.1 PID算法 ..................................................................... .. (11)3.2.2 PID回路指令 ..................................................................... (14)3.2.3 回路输入输出变量的数值转换 (16)3.2.4 PID参数整定 ..................................................................... (17)4 程序设计...................................................................... .. (19)4.1 程序流程图...................................................................... .............................. 19 4.2 梯形图...................................................................... .. (19)I沈阳理工大学课程设计论文5 调试...................................................................... . (23)5.1 程序调试...................................................................... .. (23)5.2 硬件调试...................................................................... .. (23)结束语...................................................................... .................................................... 24 附录程序代码...................................................................... ........................................ 25 参考文献...................................................................... (27)II沈阳理工大学课程设计论文1引言1.1 温度控制系统的意义温度及湿度的测量和控制对人类日常生活、工业生产、气象预报、物资仓储等都起着极其重要的作用。

模糊PID控温算法的具体实现（一）：参数自整定模糊PID算法概念

模糊PID控温算法的具体实现（⼀）：参数⾃整定模糊PID算法概念上个学期已经基本上实现了PID的温控算法，为了撰写⼩论⽂，这个学期最先要做的事情就是实现模糊PID的温控算法。

模糊控制系统的构成与与常规的反馈控制系统的主要区别在于控制器主要是由模糊化，模糊推理机和精确化三个功能模块和知识库（包括数据库和规则库）构成的。

具体实现过程如下所⽰：(1)预处理：输⼊数据往往是通过测量设备测量得到的⼀个具体数据，预处理就是在它们进⼊控制器前对这些数据进⾏分类，或性质程度的定义。

预处理过程也是量化过程，它是在离散空间中把输⼊数据划分为若⼲个数字级别。

例如，假设⼀个反馈误差为 4.5，误差空间是(-5,-4…4,5)，量化器会使它靠近离它最近的级别，四舍五⼊到 5。

称量化器量化的⽐例为量化因⼦。

量化过程是个削减数据量的⽅法，但是如果量化过于粗糙，控制器会振荡甚⾄失去平衡。

(2)模糊化在进⾏模糊化时，需要确定模糊集论域中语⾔变量各值所对应的模糊⼦集的⾪属度函数。

⾪属度函数⼀般是根据操作者的经验初步确定，在调试开发甚⾄控制器运⾏中需不断修正和优化，以满⾜控制的要求。

⾪属度函数的形状很多，但是影响模糊控制器性能的关键因素是各模糊集覆盖论域的情况，⽽⾪属函数的形状在达到控制要求⽅⾯并⽆⼤的差别，为使数学表达和运算简单，⼀般选⽤三⾓形、梯形⾪属函数。

但⾪属函数的幅宽⼤⼩对性能影响较⼤，⾪属函数形状较陡时，引起的输出变化较剧烈，控制的灵敏度⾼；⾪属函数形状平缓时，引起的输出变化较缓慢，对系统的稳定性好。

因此，在选择⾪属函数时，⼀般在偏差较⼩或接近于零附近时，采⽤形状较陡的⾪属函数；⽽在偏差较⼤的区域采⽤形状平缓的⾪属函数，以使系统具有良好的鲁棒性。

⽽且在实际⼯作中，不应出现三个⾪属函数相交的状态。

⼀般，任何两个模糊⼦集的交集的最⼤⾪属度中的最⼤值取为 0.4~0.8 之间。

另外，⾪属函数的位置分布对控制性能也有⼀定的影响，当函数在整个论域平均分布时，控制效果并不好，因此，⼀般将零固定，其它模糊⼦集向零集靠拢，以达到较好的控制效果。

基于模糊PID控制的温室环境控制系统研究

智能处理与应用Intelligent Processing and Application98基于模糊PID控制的温室环境控制系统研究弓正，张昊，胡欣宇（山西农业大学，山西晋中 030800）摘要：模糊PID控制器最初应用于工业控制领域，但在多耦合、易扰动的温室环境中存在着系统易超调、响应速度不够快等缺陷。

针对这一问题，在常规模糊PID控制系统的基础上分别加入了积分单元的混合式模糊PID控制器、开关式模糊PID控制器及参数自整定模糊PID控制器。

其可实现不同温室环境的控制需求，若温室环境对控制精度要求较高，可使用混合式模糊PID控制器；若需实现稳态性能好、响应速度快、易于实现的温室环境高性能控制，可使用开关式模糊PID控制器；若温室环境系统要求较长周期的精确控制，可使用参数自整定模糊PID控制器。

关键词：温室；环境控制；模糊控制技术；PID控制技术中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2018）08-0098-03————————————————收稿日期：2018-03-31 修回日期：2018-05-02DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2018.08.0310 引言温室的实际生产过程存在着农业的特殊性与复杂性，以及诸多非线性环境因子，且各环境参数之间相互耦合。

因此，高效的温室环境控制一直是现代化温室的关键问题之一，具有重要的研究意义。

2015年，王君[1]提出了结合遗传算法与模糊逻辑网络智能算法，并建立了作物生长模型，构建了加入作物生长模型的温室环境远程智能控制系统；2015年，黄侠等[2]建立了传统温室控制与农业专家相结合的控制系统；2017年，彭辉等[3]构建了一个包含温室外部环境因素的数学模型，提出了将神经网络、遗传优化算法与模糊逻辑控制相结合的控制方案。

1 PID温室控制与模糊控制的复合策略模糊PID控制一般采用二维模糊控制器，是以偏差e与偏差变化率ec作为控制器的输入量，通常这种控制器具有微分与比例的模糊控制作用[4]，但缺乏积分部分的模糊控制作用。

自适应模糊PID水温控制系统

自适应模糊PID水温控制系统郭秀珍;何真承;段书凯【摘要】The water temperature control system plays an important role on both daily life and industrial production. This design is based on the controller of STC12C5A60S2 , which can achieve keyboard input, temperature calculation implemented, AD conversion and liquid crystal display on hardware. Fuzzy control and PID algorithm have been combined to form the fuzzy-PID controller to achieve real-time monitor and adjust the water temperature. Results show that the fuzzy-PID control strategy , can improve the dynamic response and response speed of the system and can realize digital precise regulation of water temperature.%水温控制无论是在日常生活还是工业生产中都扮演着重要的角色.本设计是基于STC12C5A60S2的智能型水温控制系统,在硬件上实现键盘输入、温度釆集、AD转换和液晶显示,在软件上采用模糊控制与PID算法相结合构成的模糊PID控制器来对水温进行实时监测和调节.结果显示,采用模糊PID控制策略,改善了系统的动态响应,提高响应速度,能够实现水温的数字式精确调节.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2017(025)006【总页数】5页(P151-155)【关键词】水温系统;模糊控制;PID算法;动态性能【作者】郭秀珍;何真承;段书凯【作者单位】西南大学电子信息工程学院,重庆 400715;西南大学电子信息工程学院,重庆 400715;西南大学电子信息工程学院,重庆 400715【正文语种】中文【中图分类】TN02水温控制无论是在日常生活还是工业生产中都扮演着重要的角色，并在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药，民用等行业尤为重要。

基于模糊PID的温室温度控制器设计与仿真

模糊ＰＩＤ控制器的结构如图１所示。其中，模糊控制器被设计为一个二维输入一三维输出的系统，其第１个输入为温度偏差ｅ（即ｔ一ｔ。），ｔ为第ｎ次测量的温室内实际温度值，ｔ为设定值；第２个输入为温度偏差的变化率ｅｃ（即ｄｅ／ｄｔ），输出分别为ＰＩＤ３
ＰＩＤ控制方法，可根据温度偏差和温度偏差变化率实时调整ＰＩＤ参数。通过ＭＡＴＬＡＢ仿真表明，该控制方法可以
使温室温度控制系统动态响应快、鲁棒性强、稳态精度高、超调量小、抗扰动能力强，具有良好的控制效果。
个增益的调节量ＡＫ。，ＡＫｉ，ＡＫ。模糊ＰＩＤ控制系统
控制实现温室温度的调节。模糊控制是基于丰富操
作经验总结出来的，用自然语言表述控制策略，无需
建立精确的数学模型，适用于解决非线性系统的问题＿ｌＩ２Ｊ。通过仿真表明，本文设计的基于模糊ＰＩＤ的温室温度控制系统具有较高的控制精度和较强的鲁棒性，并且很大程度上提高了系统的自适应性，获得了良好的控制效果。
的稳态精度。Ｋ值越大，系统消除静态误差所需的时

基于模糊PID算法的电阻炉温度控制系统设计

基于模糊PID算法的电阻炉温度控制系统设计引言广告插播信息维库最新热卖芯片：LXT908PC EPC1LC20MAX153CAP ADG527AKR TLC542IFN MAX538BEPA CD54HC374F3A M62392FP LTC1643ALCGN CY7B145-25JC电加热炉是典型工业过程控制对象，其温度控制具有升温单向性，大惯性，纯滞后，时变性等特点，很难用数学方法建立精确的模型和确定参数。

而PID控制因其成熟，容易实现，并具有可消除稳态误差的优点，在大多数情况下可以满足系统性能要求，但其性能取决于参数的整定情况。

且快速性和超调量之间存在矛盾，使其不一定满足快速升温、超调小的技术要求。

模糊控制在快速性和保持较小的超调量方面有着自身的优势，但其理论并不完善，算法复杂，控制过程会存在稳态误差。

将模糊控制算法引入传统的加热炉控制系统构成智能模糊控制系统，利用模糊控制规则自适应在线修改PID参数，构成模糊自整定：PID控制系统，借此提高其控制效果。

基于PID控制算法，以ADUC845单片机为主体，构成一个能处理较复杂数据和控制功能的智能控制器，使其既可作为独立的单片机控制系统，又可与微机配合构成两级控制系统。

该控制器控制精度高，具有较高的灵活性和可靠性。

2 温度控制系统硬件设计该系统设计的硬件设计主要由单片机主控、前向通道、后向通道、人机接口和接口扩展等模块组成，如图l所示。

由图1可见，以内含C52兼容单片机的ADUC845为控制核心．配有640 KB的非易失RAM数据存储器、外扩键盘输人、320x240点阵的图形液晶显示器进行汉字、图形、曲线和数据显示，超温报警装置等外围电路；预留微型打印机接口，可以现场打印输出结果；预留RS232接口，能和PC机联机，将现场检测的数据传输至PC机来进一步处理、显示、打印和存档。

电阻炉的温度先由热电偶温度传感器检测并转换成微弱的电压信号，温度变送器将此弱信号进行非线性校正及电压放大后，由单片机内部A／D转换器将其转换成数字量。

基于模糊PID算法的食用菌大棚温度控制系统研究

基于模糊PID 算法的食用菌大棚温度控制系统研究李再新1,2,陈继飞1(1.西南林业大学机械与交通学院,昆明650224;2.玉溪农业职业技术学院,云南玉溪653106)摘㊀要:食用菌大棚温度控制系统是一个具有时滞性的复杂系统,传统的开关量或常规PID 控制很难满足设计要求㊂该研究设计一种基于STM32F103CRT6单片机为控制核心,加入模糊自适应PID 控制算法,利用DHT11温湿度传感器进行温度实时采集,单片机运算处理,光耦固态继电器驱动电路对热风机进行控制,从而达到温度调节的目的㊂并在MATLAB /simulink 环境下建立常规PID 控制和模糊自适应PID 控制的仿真模型,通过仿真结果,对比验证了该方法比常规PID 控制方法具有低超调量和调节时间短等较好的控制效果㊂关键词:食用菌大棚;模糊自适应PID ;STM32F103CRT6;温度控制系统中图分类号:TP273㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Adoi :10.14031/ki.njwx.2024.01.004Research on the Temperature Control System of Edible Mushroom Greenhouse based on Fuzzy PID Algorithm LI Zaixin 1,2,CHEN Jifei 1(1.College of Machinery and Communications,Southwest Forestry University,Kunming 650224,China;2.Yuxi Agricul-ture Vocation -Technical College,Yuxi 653106,China)Abstract :The temperature control system of edible fungus greenhouse is a complex system with time delay,and it is dif-ficult for traditional switching or conventional PID control to meet the design requirements.In this study,a fuzzy adap-tive PID control algorithm is designed based on STM32F103CRT6microcontroller as the control core,and the DHT11temperature and humidity sensor is used for real -time temperature acquisition,the single -chip microcomputer is oper-ated and processed,and the optocoupler solid -state relay drive circuit is used to control the hot blower,so as to a-chieve the purpose of temperature regulation.In the MATLAB /simulink environment,the simulation models of conven-tional PID control and fuzzy adaptive PID control are established,and the simulation results show that the proposed method has better control effects than the conventional PID control method,such as low overshoot and short adjustment time.Keywords :edible mushroom greenhouse;fuzzy adaptive PID;STM32F103CRT6;temperature control system作者简介:李再新(1990 ),男,内蒙古宁城人,硕士研究生,助教,研究方向为农业信息化㊂通讯作者:陈继飞(1976 ),男,云南曲靖人,博士,高级实验师㊁研究生导师,研究方向为3D 打印材料及技术㊂0㊀引言我国是最早栽培食用菌的国家之一,食用菌总产量占全球七成以上,目前,我国已是全球最大的食用菌生产国㊁消费国和出口国[1]㊂由于食用菌对生长环境的要求非常严格,不同生长阶段对生长环境的要求也不尽相同,因此,对食用菌的人工种植带来了很大的挑战㊂在栽培食用菌的过程中,温度是影响食用菌生长的重要因素之一,若能实现对食用菌大棚的温度控制,可大大提升食用菌的品质和产量㊂常用的食用菌大棚温度控制有简单的开关量控制㊁PID 控制㊁模糊控制㊁模糊自适应PID 控制等㊂其中开关量控制最为简单,其原理是通过实时采集的温度来控制调温设备的开关状态,从而实现对温度的调节,但该方法存在控制效果不稳定㊁精度低等缺陷;PID 控制相比于开关量控制,在精度㊁滞后性㊁非线性上都有了很大的提升,但常规的PID 控制中超调量较大,会导致局部温度过高,从而影响食用菌的生长㊂因此,针对食用菌的生长特性研发超调量低㊁响应速度快的温度控制系统具有重要意义㊂1㊀系统设计食用菌的生长受温度㊁湿度㊁二氧化碳浓度㊁光照强度等多种因素的影响,但温度作为影响食用菌生长的重要因素之一,对食用菌的生长㊁产量及质量有着至关重要的作用㊂因此,本研究只针对温度控制这一参数进行探究,在研究过程中,为了使该系统有更好的拓展性,采用有51个I /O 口的STM32F103CRT6增强型单片机芯片为核心,通过空气温湿度传感器DHT11对食用菌大棚内温湿度信号进行实时采集,信号线将采集的数据传送至STM32F103CRT6单片机,从而将采集的温湿度信号送至显示器进行显示㊂同时,中央处理器会将此时的温度值与预设值进行对比,在模糊PID 的运算和处理后,输出控制信号至光耦固态继电器模块,利用光耦固态继电器驱动电热风机进行温度调节(图1)㊂图1㊀食用菌大棚温度控制系统框图2㊀系统硬件设计食用菌大棚温度控制系统主要由供电模块㊁中央处理器模块㊁固态继电器输出模块㊁空气温湿度传感器模块㊁按键模块㊁显示模块㊁电热风机模块等组成㊂下面将对上述重点模块进行详细说明㊂2.1㊀供电模块本系统的供电电源采用220V 交流输入,通过开关电源将220V 交流电变成9V 直流电源后,经过7805稳压芯片组成的稳压电路,将电压转换为5V,稳压后的5V 直流电源通过AMS1117稳压器将其转换为3.3V 直流电源,再为单片机供电㊂具体电源电路详见图2㊂图2㊀供电模块原理图㊀㊀2.2㊀中央处理器模块本系统以STM32F103CRT6为核心,芯片为ARM32位Cortex -M3CPU,最高工作频率72MHz,1.25DMIPS /MHz,芯片上集成512KB 的Flash 存储器,6~64kB 的SRAM 存储器㊂2.0~3.6V 的电源供电和I /O 接口的驱动电压等,具有功耗低㊁可靠性高㊁抗干扰能力强和可扩展性高等优点[2-3]㊂因此,该芯片满足本次系统设计的所有需求㊂2.3㊀温度采集模块DHT11是一款数字信号输出的复合型传感器,可以测量空气温度和湿度,该传感器还具有极高的可靠性和稳定性,因此非常适合应用在该系统中㊂DHT11有四个引脚,其中1号引脚接5V 的电源,4号引脚接电源负极GND,2号引脚接上拉电阻后连接单片机I /0口㊂具体连接详见图3㊂2.4㊀固态继电器输出模块输出电路利用单片机输出I /0口直接与光耦芯图3㊀温度采集模块原理图片EL871连接,通过光耦隔离单片机与输出电路,从而起到保护单片机的作用[4]㊂光耦的输出端连接NPN 型三极管的基极,利用控制集电极与发射极之间的导通状态,控制固态继电器的吸合达到对热风机工作状态的控制,从而对温度进行调节㊂固态继电器模块原理图见图4㊂图4㊀固态继电器模块原理图3㊀控制算法及仿真根据相关文献[5-6],食用菌的菌柄一般处于20~30ħ生长最快,温度在26ħ为生长速度最大值;食用菌子实重量在24ħ时最大,超过26ħ子实重量下降速度非常快㊂综上所述,常规PID 控制超调量较大,很难满足食用菌的温度控制要求,本次研究提出一种模糊自适应PID 控制方法,即通过处理器计算出温度传感器采集到的温度值与设定温度值的偏差e 和偏差变化率ec ,对e 和ec 进行模糊化处理和模糊推理,然后经清晰化处理得到PID 控制器的三个修正量即ΔKp ㊁ΔKi ㊁ΔKd ,最后再通过PID 控制进行温度调节,本控制策略可以有效解决PID 超调量过大的问题,还能提升控制系统的响应速度[7]㊂模糊自适应PID 控制系统结构图,如图5所示㊂图5㊀模糊自适应PID 控制系统结构图㊀㊀3.1㊀模糊PID 控制图5中模糊控制器的输入变量为模糊子集E㊁EC,输出变量为ΔKp ㊁ΔKi ㊁ΔKd [8]㊂它们的语言变量模糊子集都是取为{NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB},7个量化等级,模糊论域均取为{-1,-0.8,-0.6,-0.4,-0.2,0,0.2,0.4,0.6,0.8,1},详见图6㊂图6㊀输入输出隶属函数曲线㊀㊀模糊推理是模糊控制的重要组成部分,是根据作物生长规律和人类实际操作经验总结出来的一种语言控制规则[9-10]㊂本系统具体模糊控制规则如表1所示㊂㊀㊀将表一中的模糊规则编辑到模糊控制器中,在控制规则库的观测窗口中可以观测出ΔKp ㊁ΔKi ㊁ΔKd 与输入变量e 和ec 的关系(图7)㊂表1㊀模糊控制规则表[10]ec eәKp әKi әKd NB NM NSZEPS PM PB NB NM NSZE PSPM PB NB NM NSZEPSPM PB NB PB PB PM PM PS ZE ZE NB NB NM NM NS ZE ZE PS NS NB NB NB NMPSNM PBPBPM PS PSZE NS NB NBNM NS NS ZE ZE PSNS NB NM NMNS ZE NS PM PM PM PS ZE NSNSNBNMNS NS ZEPSPSZE NS NM NM NS NS ZE ZE PM PM PSZE NS NM NM NM NM NS ZEPS PM PM ZE NS NS NS NS NS ZE PSPS PSZE NSNS NM NM NM NS ZEPS PS PM PB ZE ZE ZE ZE ZEZEZE PM PSZE NS NM NM NMNB ZE ZE PS PSPM PB PB PB NS PSPS PS PS PB PBZE ZE NM NM NMNBNBZEZEPSPMPMPB PB PBPMPMPMPSPSPB 图7㊀ΔKp ㊁ΔKi ㊁ΔKd 规则库观测窗㊀㊀3.2㊀仿真试验使用MATLAB /simulink 软件搭建常规PID 控制系统和模糊自适应PID 控制系统进行仿真,采用式(1)的数学模型作为两个系统的传递函数[2]㊂G(s)=e -30s140s +1(1)设定PID 控制系统参数初始值Kp ᶄ=4.1㊁Ki ᶄ=0.03㊁Kd ᶄ=20[3]㊂系统仿真模型框图,如图8㊁图9所示㊂㊀㊀其中图9为图8中模糊自适应PID 子系统模块内部结构图,它以偏差e 和偏差变化率ec 作为输入量,经模糊推导得到PID 参数的修正量әKp ㊁әKi ㊁әKd ,再将修正量送入PID 控制器中进行PID 控制,以此完成整个模糊PID 自适应控制㊂食用菌生长对温度要求比较高,通常情况下在24~26ħ最为适宜,结合这一特性,本次控制系统设置目标温度值为25ħ,系统仿真时间设置为600s,常规模糊PID 控制和模糊自适应PID控制的图8㊀系统仿真模型框图图9㊀模糊自适应PID 子系统模块内部结构图温度响应曲线如图10所示㊂图10㊀常规模糊PID 与模糊自适应PID 控制的温度响应曲线对比图根据图10中两种控制方案的温度响应曲线可以计算出系统超调量㊁调节时间和峰值时间等参数,结果如表2所示㊂表2㊀两种方案的仿真参数对比算法超调量/%调节时间/s峰值时间/s模糊自适应PID 控制 2.3512988.79常规模糊PID 控制26.0013188.79㊀㊀从表2中可以看到模糊自适应PID 控制的超调量为2.35%,常规模糊PID 控制的超调量高达26%;模糊自适应PID 控制的调节时间为129s,常规模糊PID 控制的调节时间为131s㊂模糊自适应PID 控制方案各方面参数都优于常规模糊PID 控制,其系统超调量低㊁响应时间快还比较稳定㊂4㊀结论本研究是基于STM32F103CRT6单片机设计的一款针对与食用菌大棚的温度控制系统,本系统采用了模糊自适应PID 控制算法,把常规模糊PID 控制算法跟模糊自适应PID 控制算法进行建模仿真对比分析,验证了模糊自适应PID 控制算法,调节时间短㊁超调量低的控制特性,满足食用菌大棚温度控制系统的各项要求,具有现实可行性㊂另外该系统具有较强的扩展性,空余的I /O 接口可为后续的湿度控制㊁二氧化碳浓度控制和水肥一体控制等功能研究提供了较大的便利㊂参考文献:[1]㊀翟虎渠,曹树青,万建民,等.超高产杂交稻灌浆期光合功能与产量的关系[J ].中国科学,2002,32(3):211-217.[2]㊀郑子乔,罗星.温度和湿度控制对食用菌生态高产栽培效果的影响分析[J ].中国食用菌,2019,38(8):21-24.[3]㊀岳文杰,谢守勇,陈翀,等.基于模糊PID 的温室温度控制器设计与仿真[J ].农机化研究,2014,(4):194-197.[4]㊀张淑清,胡永涛,张立国.嵌入式单片机STM32原理及应用[M ].北京:机械工业出版社,2020.[5]㊀卢翠香,郑永德,邱春锦,等.食用菌生长环境控制系统的设计与应用[J ].现代农业科技,2022(24):109-111+115.[6]㊀李燕萍,李艳婷,徐莉娜.环境条件和营养因素对食用菌生长发育的影响[J ].安徽农学通报,2022,28(3):39-40+86.[7]㊀王晓燕,周志文,吴韬.温室大棚温度控制系统的设计[J ].自动化与仪器仪表,2013,32(3):63-64.[8]㊀王安,杨青青,闫文宇.模糊自整定PID 控制器的设计与仿真[J ].计算机仿真,2012,29(12):224-228.[9]㊀段科俊,李明.基于混合隶属度的模糊PID 温室控制[J ].林业机械与木工设备,2019,47(11):32-37.[10]段科俊,李再新.基于模糊自适应PID 的农业温室系统研究[J ].南方农机,2019,50(19):7-9.(02)。

基于模糊自适应PID的温度控制系统的设计

ｔｌｏｔｏｔｄｐｅｕｃｒｉｔｆｈｓｅ．ＴｒｖｈｂｅｔｄｌｎｅｔｉｔｂｕｈＩｐｒｍｅｅｓａａｔｅａｉｔ．ＴｒｔｒｎｒｌｏａａｔｏｔｎｅｔｎｙｏｅｓｔｍｏｉｏｅｔｅｏｊｅｕｃｒｎｙａｏｔｅＤａａｔｄｐｉｂｉｏａｇｅｏｃｔｈａｔｙｍｐｃｍｏａｔＰｒｖｌｙａ
３２模糊自适应控制器．
系统的两个输人ｅ和以及三个输出 △ Ｋ，Ｋ，ｚＡ，Ｋ。的３
变化范围都定义为模糊集上的论域：一６一５４一３一｛，，，，２一１０１２３４５６，，，，，，，，，｝其模糊子集为ｅｅ，ＫＰＡＫｆ，ｃＡ，，
ｅｔｎ，ｍｐｏｅｏｔｏｕｌｙａｄｅｈｎｅｏｕｔｅｓｏｈｙｔｍ．ｔａｐｒｔｇｒｓｌｓｐｏｅｈｆｅｔｖｎｓｆｔｅｍｅｈｄｘｅｔｉｒｖｄｃｎｒｌｑａｉｎｎｔａｃｄｒｂｓｎｓｆｔｅｓｓｅＡｃｕｌｏｅａｉｅｕｔｒｖｄｔｅｅｆｃｉｅｅｓｏｈｔｏ．ｎＫｅｏｄｔｍｐｒｔｒｏｔｏ，ｆｚｙｃｎｒｌｄｐｉｅｃｎｒｌｙＷｒｓｅｅａｕｅｃｎｒｌｕｚｏｔｏ，ａａｔｖｏｔｏ
通过一段管道输送到下一
道工序。由于实际工艺中

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基于模糊PID参数自整定的温度控制系
统的研究
摘要：工业温度控制系统具有非线性、时变性和滞后性等特性，严重影响温度控制的快速性和准确性，为了解决常规PID参数调节在温度控制中适应性差，调节效果不理想的问题，这里采用了模糊PID参数自整定控制方法，用模糊控制规则对PID参数进行修改，利用Matlab的Simulink仿真工具箱做了常规PID与模糊PID的仿真对比试验。

仿真结果表明，模糊PID参数自整定控制效果在超调量和调节时间上都小于常规PID，提高系统快速性和准确性，改善了温
摘要：工业温度控制系统具有非线性、时变性和滞后性等特性，严重影响温度控制的快速性和准确性，为了解决常规PID参数调节在温度控制中适应性差，调节效果不理想的问题，这里采用了模糊PID参数自整定控制方法，用模糊控制规则对PID参数进行修改，利用Matlab的Simulink仿真工具箱做了常规PID与模糊PID的仿真对比试验。

仿真结果表明，模糊PID参数自整定控制效果在超调量和调节时间上都小于常规PID，提高系统快速性和准确性，改善了温度系统动态性能。

关键词：温度控制；Matlab仿真；模糊规则；PID
在工业生产过程中温度是重要的控制参数之一，对温度的有效控制对于保证生产质量具有重大的现实意义和理论价值。

工业温度控制系统具有非线性、时变性和滞后性等特性，而常规PID控制器参数往往整定不良，性能欠佳，对运行的工作情况适应性差，导致常规PID控制不能使温度控制达到理想效果。

为了改善常规PID控制效果，增强系统的适应性，实现PID参数自整定，本文设计出一种PID参数自整定的模糊控制器。

利用模糊逻辑对PID控制器参数进行调整实现控制效果最优，将温度作为控制对象，并利用Matlab的Simulink工具箱实现仿真对比分析常规PID与模糊PID的曲线，最后应用到实际的温度控制系统中，对比分析常规PID与模糊PID的控制效果。

1 PID控制算法的相关介绍
1．1 PID控制算法
PID控制器因为结构简单、容易实现，并且具有较强的鲁棒性，因而被广泛应用于各种工业过程控制中。

在传统PID控制中，PID参数在线整定一直是人们研究的问题之一，最早提出PID参数工程整定方法的是Z-N整定公式，至今仍然在工业控制中应用。

而常规PID整定参数的选择取决于多种因素，比如被控对象的动态性能、控制目标以及操作人员对系统的理解等，因此肯定造成整定效果不理想。

人们发现单纯靠常规PID控制算法是无法完成各种复杂控制的。

在这种背景下，专家首次提出了基于继电器反馈的自适应PID控制系统应用于工业控制领域中。

近年来国外对于Fuzzy-PID的研究已经由先前的基于专家经验的模糊控制技术实现PID参数调整的研究，逐渐转向基于人工智能神
经网络、遗传理论的模糊复合控制技术与常规PID结合的复杂控制，比如基于遗传算法的PID控制、基于蚁群算法的PID控制等。

近20年来，在理论研究基础上，具有模糊推理的自整定PID控制器也相继问世。

此外，各种智能控制算法相互结合，如模糊神经网络、模糊免疫算法等，也不断为智能PID技术的发展增加新的活力。

1．2 PID参数整定
一般的PID参数整定方法大多通过一些简单的实验获取系统模型或性能参数，再用代数规则给出适当的PID整定值，或者根据多年的经验，给出参数值，这些方法简单，便于工程应用，但参数的整定效果不理想。

在实际的应用中，许多被控过程机理复杂，具有高度非线性、时变不确定性和纯滞后等特点。

过程参数甚至可能会随着时间和工作环境的变化而变化。

这就要求在PID 控制中，不仅参数的整定不依赖系统的数学模型，并且能够在线调整，以满足实时控制的要求。

模糊PID控制不仅具有智能控制的自学习、自适应、自组织的能力，能够自动辨识被控过程参数、适应被控过程参数的变化，而且又具有常规PID控制器结构简单、鲁棒性强、可靠性高的特点。

因此模糊PID控制成为控制领域中较为理想的一种控制方法。

模糊控制与PID控制的结合形式很多，本文采用的是模糊PID参数自整定的方法。

2 温度控制的数学模型
2．1 温度控制系统组成
考虑图1所示的温度控制系统。

该温度控制系统主要构成部分是储水箱、智能仪表、锅炉、换热器以及闸阀、传感器等，智能仪表作为控制器，0～380V加热丝作为执行机构，锅炉中水的温度作为控制对象，温度传感器作为反馈环节，常规PID与模糊PID的控制参数输入智能控制器，然后输出4～20 mA 模拟信号调节0～380 V电压控制加热丝加热的程度。