牧草烘干机温度Fuzzy-PID控制仿真研究——基于MATLAB
Fuzzy控制器的设计与仿真计算
Fuzzy控制器的设计与仿真计算
陆桂明;崔东海
【期刊名称】《华北水利水电学院学报》
【年(卷),期】1996(017)004
【摘要】通过对Ｆｕｚｚｙ控制器的设计与仿真计算，探讨在工业控制中使用Ｆｕｚｚｙ控制器的特点。
【总页数】10页(P66-75)
【作者】陆桂明;崔东海
【作者单位】华北水利水电学院计算中心;华北水利水电学院计算中心
【正文语种】中文
【中图分类】TP332.3
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4.基于Matlab的Fuzzy—PID控制器的设计与仿真 [J], 高维豪;胡山;吴兴利;田立国;
5.基于Matlab的Fuzzy—PID控制器的设计与仿真 [J], 高维豪;胡山;吴兴利;田立国
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基于MATLAB的FUZZY-PID参数优化与仿真
基于MATLAB的FUZZY-PID参数优化与仿真
赫英歧
【期刊名称】《科技经济市场》
【年(卷),期】2007(0)A08
【摘要】该文提出了一种基于MATLAB环境下,利用模糊控制工具箱和遗传算法工具箱以及M函数文件,对FUZZY-PID控制器中的量化因子和比例因子进行自寻优,可获得一个基于一定性能指标的次优或最优控制器。
以二阶系统为例进行了计算机仿真,仿真结果表明该方法具有良好的收敛性,使系统的动态性能得到明显的改善。
【总页数】2页(P15-16)
【关键词】自寻优;模糊控制;仿真
【作者】赫英歧
【作者单位】江苏财经职业技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP273.4
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pid和fuzzy在boost中的应用与MATLAB仿真知识讲解
利用PID控制器和FUZZY控制器控制BOOST电路在MATLAB中的仿真一、仿真目的：1、学习使用MATLAB，并在MATLAB中建立电力电子仿真电路模型2、仿真BOOST的PID控制，调整参数，更深入理解PID控制3、仿真BOOST的FUZZY控制，并对FUZZY的工作原理和方式更好理解二、仿真指标：1、输入电压V in=5V±10%；2、输出电压V o=12V；3、纹波水平V ripple<70mV;4、输出功率Po=30W；5、效率η≥85%；6、超调σ<10%Vo；7、由半载切满载（或由满载切半载）的电压调整率小于10%；8、由空载切满载（或由满载切空载）的电压调整率小于15%；9、MOSFET的开关频率f s=100kHz.三、仿真步骤及结果：（一）PID控制BOOST的仿真1、BOOST主电路参数计算（1）BOOST主电路拓扑图1 BOOST 电路拓扑（2）电感的计算2(1)(1)2o L o oc V D D i Lf V D D I Lf-∆=-=则只要I oc ≤I o 则输出电流处于连续状态，则可得电感：23(1)120.1137 2.7330221001012o oc V D D L uH I f -⨯≥==⨯⨯⨯（3）输出滤波电容C 的计算370223.27010o o I DQ V mV C fCI DC uFf -∆∆==<>=⨯2、BOOST 闭环PID 的MATLAB 仿真（1）在Simulink 中搭建好BUCK 电路的仿真模型，使用开关器件是MOSFET ，其开关频率用100kHz ，电感电容分别由上述公式计算得到，电路临界电感为 2.3uH ，临界电容为223.2uF ，如图2所示。
图2 BOOST闭环PID模型（2）BOOST电路闭环PID参数的设计过程I、BOOST电路的PID闭环系统框图如图3所示。
图3 BOOST电路的PID闭环系统框图其中：G c(s)：补偿器的传递函数；G m(s) ：三角波的传递函数；G vd(s) ：BOOST主电路由MOSFET的输入到输出的传递函数；H(s) ：反馈回路的传递函数；G vs (s) ：BOOST 主电路由输入V in 到输出V o 的传递函数；Z o ：负载阻抗 II 、各传递函数的表达式（1） 在MA TLAB 仿真中，直接把输出电压作为输出电压，所以反馈回路的传递函数为：12()112ref oV VH s V V=== （2） G m (s)：在MA TLAB 仿真模型中，选用的三角波幅值为1V ，频率为100kHz ，则：1()1m mG s V == （3） G vd (s)：由《精通开关电源》书中的介绍，在不考虑电路中电感电阻，和电容的内阻的情况下，BOOST 主电路由占空比输入到输出电压的传递函数可以表达为：221(1)()1(1)(1/)invd L s V LC RG s D s s RC LC-=⨯-++ 其中：2(1)LL D =-； R ：负载电阻阻值； C ：是输出滤波电容的容值；o inoV V D V -=； 将L=6uH,C=1mF,R=4.8,D=0.583带入G vd (s)公式中：55322363104281 1.72510(1)5 1.72510110 4.8()11(10.583) 4.81103101101.66710 5.99110208.333 3.3310vd s G s s s ss s ------⨯-⨯⨯⨯=⨯-++⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯=++⨯ （4） 设计PID 补偿器的传递函数由上面得出的G vd (s)，在MATLAB 中绘出开环Bode 图如下图所示：图4 开环G vd 的Bode 图由Bode 图可以得出如下参数： [1]在相位180°时的幅值h 0=-29.1dB;[2]令校正后的截止频率f c =(1/5)fs=20kHz ，其幅值为M r =-9.511dB ； [3]截止频率时的相位015.3ϕ=-设PID 补偿器的传递函数为()(1)ic pd K G s K K s s=++ 则其频率响应为()(1)ip d K Gc j K K j j ωωω=++20lg ()20lg(arctan()ic d A K K K ωϕωω==-假设校正后的频率fc=1/5fs=20kHz在fc 处微分环节补偿M r 的裕度，即有等式：20lg()9.511p d K K Mr dB =-= （1）在180°处补偿器提供的h c 满足如下不等式：020lg(10c c h K h h dB=+≥且在180180tan180id K K ωω=-将上式进行化简可得等式：20lg (29.1)10p K dB dB +-≥ （2）补偿器要补偿的相角为4515.360.3c ϕ=+=5tan 60.32 1.25610/id c cc c K K f rad sωωωπ=-==⨯其中 （3）综上（1）、（2）和（3）式可解出K p 、K i 和K d 三个值：2890.1575.227103.31510p i dK K K -=⎧⎪=⨯⎨⎪=⨯⎩ 最后可求得校正器的传递函数为：285.2271090.157(1 3.31510)c G s s-⨯=++⨯III 、PID 闭环仿真1、MA TLAB 建立BOOST 的PID 闭环模型图如图5所示：图5 BOOST 的PID 闭环模型（1） 将上面算出的PID 参数带入模型中PID 控制器可得出如下输出波形：图6 满载R=4.8时的电压波形由波形可以看出几乎无超调，且纹波也很小，满载输出电压 4.811.98R V V ==纹波的细节图如下：图7 满载R=4.8时的电压纹波由图可以观察到其纹波大致在70mV左右，满足指标要求。
(范文)基于MATLAB的PID控制仿真研究设计论文
基于MATLAB的PID控制仿真研究μCOS-II在MCS-51上的移植及实现目录摘要 (4)Abstract (5)前言 (6)绪论 (7)经典控制理论概述 (7)论文结构安排 .............................................................................. 错误！未定义书签。
第1章PID控制的理论基础 (8)1.1 PID控制的相关参数 (8)1.1.1 比例(P)控制 (8)1.1.2 积分(I)控制 (9)1.1.3 微分(D)控制 (9)1.2 常见控制器 (9)1.2.1 比例控制器P (9)1.2.2 比例积分控制器PI (10)1.2.3 比例微分控制器PD (10)1.2.4 比例积分微分控制器PID (11)1.3 PID控制参数整定 (11)第2章传统PID控制 .............................................. 错误！未定义书签。
2.1 传统PID系统设计............................................................... 错误！未定义书签。
2.2 基于MATLAB/SIMULINK的仿真 .................................... 错误！未定义书签。
2.3 传统PID控制器的参数整定............................................... 错误！未定义书签。
2.4 整定结果及分析 ................................................................... 错误！未定义书签。
第3章Ziegler-Nichols整定法 . (13)3.1 系统数学模型的确定 (13)3.2 基于时域响应曲线的整定 (14)3.3 基于频域法的整定 (16)3.4 Ziegler-Nichols整定法的PID控制器设计举例 (16)3.4.1 已知受控对象传递函数为LseTsKsG-+=1) ( (16)3.4.2 已知受控对象频域响应参数 (18)第4章模糊PID系统设计 ...................................... 错误！未定义书签。
基于MATLAB的PID恒温控制器
P、PI、PID调节器控制比较
• 1.未加PID调节系统 • 运行结果 • 分析：系统的稳态误 差远远大于5%，所以 未加PID调节的系统明 显是不符合我们期望 的要求的。
• 2.加入P调节系统 • 运行结果：
• 分析：相对于未调节 的曲线，P调节系统能 很快达到峰值并稳定 下来，虽然稳条误差 减少了但依然不满足 要求。
总结
• 通过添加PID模块使系统达输出达到稳定，超调 量和稳态误差都满足设计的指标，到了预期的要 求，完成了使温度能够通过PID调节后达到稳定， 稳态误差较小，对温度控制严格的某些方面的应 用能够有所提高，对以后的温度方面的应用都会 有一个很大的提高。 • 在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互 探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会 了宽容，学会了理解，在以后的学习中，我们会 不断的完善自我，不断进取 。
PID控制建模
• 优点：不需了解被控对象精确的数学模型, 只需在线根据系统误差及误差的变化率等 简单参数, 经过经验进行调节器参数在线整 定, 即可取得满意的结果, 具有很大的适应 性和灵活性。 • 数学表达: • 传递函数：
PID系统框图
• 设计PID控制器也就是确定其比例系数Kp、 积分系数T i和微分系数T d, 这三个系数取 值的不同, 决定了比例、积分和微分作用的 强弱。
PID调节的Simulink仿真
• 1、PID控制仿真 • 控制流程图
• 示波器显示结果
• 2、抗干扰能力测试
• 在PID控制系统稳定后，我们在信号源处加一个 脉冲干扰信号来检测系统的稳定性是否达到要求。 • 干扰信号波形（图1）及在流程图中的显示（图2）
•
图1
图2
• 示波器显示结果
基于Fuzzy自整定PID的主汽温度控制系统设计与仿真
基于Fuzzy自整定PID的主汽温度控制系统设计与仿真马阳;李玉杰【摘要】针对火电厂主汽温对象的大滞后、大惯性、非线性等特点,提出将模糊控制与常规PID控制相结合的新思路,设计了Fuzzy自整定PID参数的控制模型,通过现场实际采集的历史数据,对系统进行仿真分析.结果表明这种新的控制策略可以很好地解决主汽温系统的非线性和滞后性问题.【期刊名称】《东北电力技术》【年(卷),期】2011(032)003【总页数】3页(P14-16)【关键词】主汽温;大滞后;Fuzzy自整定PID;仿真【作者】马阳;李玉杰【作者单位】沈阳工程学院,辽宁沈阳110136;沈阳工程学院,辽宁沈阳110136【正文语种】中文【中图分类】TK223.7;TK323主蒸汽温度是锅炉运行质量的重要指标之一,主蒸汽温度过高或过低都会显著地影响电厂的安全性和经济性。
过热汽温的上限一般不应超过额定值5℃,过热汽温的下限一般不低于额定值10℃。
过热汽温的额定值通常在500℃以上,例如高压锅炉一般为540℃,要使过热汽温保持在540±5℃的范围内。
汽温过高会使锅炉受热面及蒸汽管道金属材料的蠕变速度加快,影响使用寿命。
汽温降低会使机组循环热效率降低,煤耗增大。
此外,汽温过低,汽轮机转子所受的轴向推力增大,对机组安全运行十分不利。
目前,火电机组广泛应用PID串级控制方式控制过热蒸汽温度。
由于过热汽温对象的大惯性、大延迟和时变特性,给蒸汽温度调节带来很大困难,当负荷发生变化时,主蒸汽温度的动态特性变化明显,参数和结构变化较大,常规PID调节器难以满足其调节品质的要求。
因此,研究和改善现有的控制方式显得尤为重要,并具有实用价值。
模糊控制作为一种智能控制方式,在工业控制中逐步得到应用。
模糊PID控制器不需要建立被控对象的精确数学模型,能够克服非线性因素的影响。
因此,模糊控制技术很适合应用于火电厂主汽温调节系统这样复杂的系统中。
1 主蒸汽温度控制系统1.1 控制对象特性汽温控制的质量直接关系到机组的安全经济运行,而过热汽温的控制又是锅炉各项控制中较为困难的任务之一。
基于Pid Fuzzy控制Boost电路的设计以及MATLAB仿真剖析
用Pid Fuzzy控制Boost电路专业：电气工程学号：11111111姓名：11111111＿Boost升压电路的Pid及Fuzzy控制及仿真111111111摘要：随着现代科学技术的快速发展，电力电子技术在军事、工业、民用中都得到了广发的应用，尤其是依托于电力电子技术的开关电源更是突飞猛进；本文简单论述了用Pid Fuzzy控制Boost电路的方法，文中没有对信号模型的化简计算等做过于详尽的分析，主要是学会作为研究生遇到问题时，如何查找资料、整理思路解决问题，以及如何撰写论文，为以后的科学研究工作打下基础。
关键词：Boost；Fuzzy；Pid；升压电路一、作业目的1.学习Boost电路的基本原理，学习MATLAB在电力电子技术中的应用。
2.掌握Pid控制及其调节机理，了解Fuzzy控制器的设计过程及基本工作原理。
3.掌握解决问题的基本步骤以及如何撰写论文。
二、仿真电路要求指标1.输入电压Ui ：20V—95V；输出电压Uo：100V；满载输出电流Io=18A2.纹波：Vripple ≦1%Io=18A3.效率：Ui=75V时η≧954.负载切换时输出电压Uo 纹波要求：满载切半载、半载切1/10载时Vripple≦1%；满载切1/10载时Vripple≦5%5.自定义参数：开关频率f=100KHz三、参数计算、电路设计及仿真模拟1.参数计算1)电阻R的计算由输出电压Uo =100V，输出电流Io=18A得满载电阻R=OOUI=5.5562)电感L的计算由已知条件输入电压20V —95V ，输出电压U o =100V 得占空比：0.8~0.05D =Boost 升压电路的临界电感方程：2R =D -D T 2L （1） 对上式求导得1D=3处有最大值又0.05<D<0.8满足要求223R 5.5561=D -D T=-=4.1uH 22100L ⨯10（1）0.33（10.33） 考虑到电感预量取 L=10uH3) 电容C 的计算由o c o V D TQ U ==C RC∆∆得o c o I D T C=U ∆考虑到电流连续电流和占空比均取最大值 o c 3o I D T 180.8C===144uF U 10010⨯∆⨯ 考虑到电感预量取 C=500uF2. Boost 主电路及Pid 的设计1) 主电路图2-1图2-1 Boost 主电路拓扑上图中各器件均的内阻都很小，可以看成是理想器件2)Pid控制Boost电路拓扑[2]图2-2图2-2 Boost电路的Pid闭环控制系统模型3)Boost电路的Pid闭环控制系统传递函数整定图2-3VrefE（s） V（s）参考信号B（s）反馈信号 V o（s）图2-3 Boost电路的Pid闭环系统框图由上图得到传递函数的关系如下：C(s)G(s)E(s)=G(s)G(s)G(s)E(s)c m vd=(s)H(s)C(s)B=E(s)=R(s)-B(s)上式子中：vdG(s)：Boost电路开关MOSFET到书输出V O的传递函数G(s)m：PWM脉宽调制器的传递函数H(s)：反馈回路的传递函数G(s)c ：为补偿网络的传递函数G c（s）G m（s）G vd（s）H（s）4) 传递函数的计算以下参数整定参考徐德红的《电力电子建模及控制》一书中的第四章节（DC/DC 变换器反馈控制设计） i.H(s)：H(s)为反馈传递函数，Boost 的输出电压稳定在100V ，所以用100V 作为参考电压，计算式子为(s)100H(s)=1(s)100ref o V V == ii.G (s)m ：G (s)m 为脉宽调制波形的传递函数，本例中采用幅值为1m V v =的三角波作为脉宽调制信号，三角波的频率为100kHz11m V Vm== iii.G (s)vd ：所参考书目中，在不考虑电感电容电阻的情况下，即将Boost 主电路模型做小信号分析处理得到Boost 主电路由MOSFET 开关的输入到输出的传递函数为1in 2211(1s)V G (s)=(1)L LC R vd RC LCD s s -⨯-++ 式中：2(1D)LL =-R =OOU I =5.556Ω负载电阻的电阻值 C=500uF 输出电压滤波电容值100750.25100o m o V V D V --===（输入电压定位75V ） 将L R C D 带入公式中：6226910100.75 5.556920.7515.55650010 5.010(1s)75G (s)=5.010vd s s ---⨯⨯-⨯⨯⨯-⨯⨯++104291.510 4.810360 1.12510s s s ⨯-⨯=++⨯3. Pid 控制器补偿函数G (s)c 的计算以及调节1) Boost 的伯德图分析将G (s)vd 104291.510 4.810360 1.12510ss s ⨯-⨯=++⨯输入MATLAB 得到校正前系统的Bode 图3-1图3-1 校正前系统Bode 图对于闭环系统的特征方程式(s)1G(s)H(s)0F =+=我们知道如果系统传递函数有极点在虚轴上或是在s 平面的右半边，则系统为不稳定系统，而特征方程式G(s)H(s)中包含了所有闭环极点的信息，因此可以通过分析G(s)H(s)的特征全面把握系统的稳定性，G(s)H(s)包含了从误差信号(s)E 到反馈信号B(s)之间回路中各个环节的全部传递函数，G(s)H(s)称为回路增益函数，(s)=G(s)H(s)(s)B E =反馈信号误差信号。
基于MATLAB的温度控制系统的PID控制器设计
基于MATLAB的温度控制系统的PID控制器设计摘要本论文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器PID控制是迄今为止最通用的控制方法大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制PID控制器亦称调节器及其改进型因此成为工业过程控制中最常见的控制器至今在全世界过程控制中用的84仍是纯PID调节器若改进型包含在内则超过90 在PID控制器的设计中参数整定是最为重要的随着计算机技术的迅速发展对PID参数的整定大多借助于一些先进的软件例如目前得到广泛应用的MATLAB仿真系统本设计就是借助此软件主要运用Relay-feedback法线上综合法和系统辨识法来研究PID控制器的设计方法设计一个温控系统的PID控制器并通过MATLAB中的虚拟示波器观察系统完善后在阶跃信号下的输出波形关键词 PID参数整定 PID控制器 MATLAB仿真冷却机AbstractThis paper regards temperature control system as the research object to design a pid controller Pid control is the most common control method up until now the great majority feedback loop is controlled by this method or its small deformation Pid controller claim regulator also and its second generation so become the most common controllers in the industry process control so far about 84 of the controller being used is the pure pid controller itll exceed 90 if the second generation included Pid parameter setting is most important in pid controller designing and with the rapid development of the computer technology it mostly recurs to some advanced software for example mat lab simulation software widely used now this design is to apply that soft mainly use Relay feedback law and synthetic method on the line to study pid controller design method design a pid controller of temperature control system and observe the output waveform while input step signal through virtual oscilloscope after system completedKeywords PID parameter setting PID controller MATLAB simulationcooling machine摘要Ibstract II第一章绪论 1课题来源及PID控制简介 1com 课题的来源和意义 1com PID控制简介1国内外研究现状及MATLAB简介 3二章控制系统及PID调节 5控制系统构成 5PID控制 5com积分微分 5com控制7三章系统辨识9系统辨识9系统特性图10系统辨识方法11PID最佳调整法与系统仿真1441 PID参数整定法概述14针对无转移函数的PID调整法15comay feedback调整法15com Relay feedback 在计算机做仿真15 com整法19com 在线调整法在计算机做仿真20针对有转移函数的PID调整方法23 com识法24com法及根轨迹法27五章油冷却机系统的PID控制器设计28 油冷却机系统28com机 28com转换器29com 控制组件30油冷却机系统之系统辨识31油冷却机系统的PID参数整定3340致谢41参考文献42第一章绪论11 课题来源及PID控制简介com 课题的来源和意义任何闭环的控制系统都有它固有的特性可以有很多种数学形式来描述它如微分方程传递函数状态空间方程等但这样的系统如果不做任何的系统改造很难达到最佳的控制效果比如快速性稳定性准确性等为了达到最佳的控制效果我们在闭环系统的中间加入PID控制器并通过调整PID参数来改造系统的结构特性使其达到理想的控制效果com PID控制简介当今的自动控制技术都是基于反馈的概念反馈理论的要素包括三个部分测量比较和执行测量关心的变量与期望值相比较用这个误差纠正调节控制系统的响应这个理论和应用自动控制的关键是做出正确的测量和比较后如何才能更好地纠正系统PID 比例 - 积分 - 微分控制器作为最早实用化的控制器已有 50多年历史现在仍然是应用最广泛的工业控制器 PID 控制器简单易懂使用中不需精确的系统模型等先决条件因而成为应用最为广泛的控制器PID 控制器由比例单元 P 积分单元 I 和微分单元 D 组成其输入 e t 与输出 u t 的关系为公式1-1公式1-1 公式1-2 比例调节作用是按比例反应系统的偏差系统一旦出现了偏差比例调节立即产生调节作用用以减少偏差比例作用大可以加快调节减少误差但是过大的比例使系统的稳定性下降甚至造成系统的不稳定积分调节作用是使系统消除稳态误差提高无差度因为有误差积分调节就进行直至无差积分调节停止积分调节输出一个常值积分作用的强弱取决与积分时间常数TiTi越小积分作用就越强反之Ti大则积分作用弱加入积分调节可使系统稳定性下降动态响应变慢积分作用常与另两种调节规律结合组成PI调节器或PID调节器微分调节作用微分作用反映系统偏差信号的变化率具有预见性能预见偏差变化的趋势因此能产生超前的控制作用在偏差还没有形成之前已被微分调节作用消除因此可以改善系统的动态性能在微分时间选择合适情况下可以减少超调减少调节时间微分作用对噪声干扰有放大作用因此过强的加微分调节对系统抗干扰不利此外微分反应的是变化率而当输入没有变化时微分作用输出为零微分作用不能单独使用需要与另外两种调节规律相结合组成PD或PID控制器PID控制器由于用途广泛使用灵活已有系列化产品使用中只需设定三个参数 Kp Ki 和 Kd 即可在很多情况下并不一定需要全部三个单元可以取其中的一到两个单元但比例控制单元是必不可少的首先PID应用范围广虽然很多控制过程是非线性或时变的但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统这样PID就可控制了其次PID参数较易整定也就是PID参数KpKi和Kd可以根据过程的动态特性及时整定如果过程的动态特性变化例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化 PID 参数就可以重新整定第三PID控制器在实践中也不断的得到改进下面两个改进的例子在工厂总是能看到许多回路都处于手动状态原因是很难让过程在自动模式下平稳工作由于这些不足采用 PID 的工业控制系统总是受产品质量安全产量和能源浪费等问题的困扰PID参数自整定就是为了处理PID参数整定这个问题而产生的现在自动整定或自身整定的PID控制器已是商业单回路控制器和分散控制系统的一个标准在一些情况下针对特定的系统设计的PID控制器控制得很好但它们仍存在一些问题需要解决如果自整定要以模型为基础为了PID参数的重新整定在线寻找和保持好过程模型是较难的闭环工作时要求在过程中插入一个测试信号这个方法会引起扰动所以基于模型的 PID 参数自整定在工业应用不是太好如果自整定是基于控制律的经常难以把由负载干扰引起的影响和过程动态特性变化引起的影响区分开来因此受到干扰的影响控制器会产生超调产生一个不必要的自适应转换另外由于基于控制律的系统没有成熟的稳定性分析方法参数整定可靠与否存在很多问题因此许多自身整定参数的PID控制器经常工作在自动整定模式而不是连续的自身整定模式自动整定通常是指根据开环状态确定的简单过程模型自动计算PID 参数但仍不可否认 PID 也有其固有的缺点PID 在控制非线性时变耦合及参数和结构不确定的复杂过程时工作地不是太好最重要的是如果 PID 控制器不能控制复杂过程无论怎么调参数都没用虽然有这些缺点PID控制器是最简单的有时却是最好的控制器12 国内外研究现状及MATLAB简介PID控制中最重要的是对其参数的控制所以当今国内外PID控制技术的研究主要是围绕如何对其参数整定进行的自Ziegler和Nichols提出PID参数整定方法起有许多技术已经被用于PID控制器的手动和自动整定根据发展阶段的划分可分为常规PID参数整定方法及智能PID参数整定方法按照被控对象个数来划分可分为单变量PID参数整定方法及多变量PID参数整定方法前者包括现有大多数整定方法后者是最近研究的热点及难点按控制量的组合形式来划分可分为线性PID参数整定方法及非线性PID 参数整定方法前者用于经典PID调节器后者用于由非线性跟踪-微分器和非线性组合方式生成的非线性PID控制器Astrom在1988年美国控制会议ACC上作的《面向智能控制》〔〕自整定和自适应为智能PID控制的发展奠定了基础他认为自整定控制器和自适应控制器能视为一个有经验的仪表工程师的整定经验的自动化在文〔〕中继续阐述了这种思想PI或PID控制即自整定调节器应具有推理能力自适应PID的应用途径的不断扩大使得对其整定方法的应用研究变得日益重要目前在众多的整定方法中主要有两种方法在实际工业过程中应用较好一种是由福克斯波罗Foxboro公司推出的基于模式识别的参数整定方法基于规则另一种是基于继电反馈的参数整定方法基于模型前者主要应用于Foxboro的单回路EXACT控制器及其分散控制系统IA Series的PIDE功能块其原理基于Bristol在模式识别方面的早期工作〔〕这些技术极大地简化了PID控制器的使用显着改进了它的性能它们被统称为自适应智能控制技术〔〕〔〕PID参数整定方法和非线性PID参数整定方法PID控制算法是迄今为止最通用的控制策略有许多不同的方法以确定合适的控制器参数这些方法区分于复杂性灵活性及使用的过程知识量一个好的整定方法应该基于合理地考虑以下特性的折衷负载干扰衰减测量噪声效果过程变化的鲁棒性设定值变化的响应所需模型计算要求等我们需要简单直观易用的方法它们需要较少的信息并能够给出合适的性能我们也需要那些尽管需要更多的信息及计算量但能给出较好性能的较复杂的方法从目前PID参数整定方法的研究和应用现状来看以下几个方面将是今后一段时间内研究和实践的重点〔〕PID参数整定方法使其在初始化抗干扰和鲁棒性能方面进一步增强使用最少量的过程信息及较简单的操作就能较好地完成整定②对于多入多出被控对象需要研究针对具有显着耦合的多变量过程的多变量PID参数整定方法进一步完善分散继电反馈方法尽可能减少所需先验信息量使其易于在线整定〔〕PID控制技术有待进一步研究将自适应自整定和增益计划设定有机结合使其具有自动诊断功能结合专家经验知识直觉推理逻辑等专家系统思想和方法对原有PID控制器设计思想及整定方法进行改进将预测控制模糊控制和PID控制相结合进一步提高控制系统性能都是智能PID控制发展的极有前途的方向〔〕Matrix Laboratory 缩写为Mat lab 软件包是一种功能强效率高便于进行科学和工程计算的交互式软件包其中包括一般数值分析矩阵运算数字信号处理建模和系统控制和优化等应用程序并将应用程序和图形集于便于使用的集成环境中在此环境下所解问题的Mat lab语言表述形式和其数学表达形式相同不需要按传统的方法编程并能够进行高效率和富有创造性的计算同时提供了与其它高级语言的接口是科学研究和工程应用必备的工具目前在控制界图像信号处理生物医学工程等领域得到广泛的应用本论文设计中PID参数的整定用到的是Mat lab中的 SIMULINK它是一个强大的软件包在液压系统仿真中只需要做数学模型的推导工作用 SIMULINK对设计好的系统进行仿真可以预知效果检验设计的正确性为设计人员提供参考其仿真结果是否可用取决于数学模型正确与否因此要注意模型的合理及输入系统的参数值要准确〔〕PID调节21 控制系统构成对控制对象的工作状态能进行自动控制的系统称为自动控制系统一般由控制器与控制对象组成控制方式可分为连续控制与反馈控制即一般所称开回路与闭回路控制连续控制系统的输出量对系统的控制作用没有任何影响也就是说控制端与控制对象为单向作用这样的系统亦称开回路系统反馈控制是指将所要求的设定值与系统的输出值做比较求其偏差量利用这偏差量将系统输出值使其与设定值调为一致反馈控制系统方块图一般如图2-1所示图2-1反馈控制系统方块图22 PID控制将感测与转换器输出的讯号与设定值做比较用输出信号源 2-10v或4-20mA 去控制最终控制组件在工程实际中应用最为广泛的调节器控制规律为比例积分微分控制简称PID控制又称PID调节PID控制器问世至今已有近60年的历史了它以其结构简单稳定性好工作可靠调整方便而成为工业控制主要和可靠的技术工具当被控对象的结构和参数不能完全掌握或得不到精确的数学模型时控制理论的其它设计技术难以使用系统的控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定这时应用PID控制技术最为方便即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统的参数的时候便最适合用PID控制技术com 比例积分微分比例图2-2 比例电路公式2-1积分器图2-3 积分电路公式2-2图2-4微分电路微分器式2-3实际中也有PI和PD控制器PID控制器就是根据系统的误差利用比例积分微分计算出控制量控制器输出和控制器输入误差之间的关系在时域中如公式2-4和2-5u t Kp e t Td 公式2-4U s ]E s 公式2-5公式中U s 和E s 分别为u t 和e t 的拉氏变换其中分别为控制器的比例积分微分系数〔〕com ＰＩＤP控制比例控制是一种最简单的控制方式其控制器的输出与输入误差讯号成比例关系当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差Steady-state error 积分I控制在积分控制中控制器的输出与输入误差讯号的积分成正比关系对一个自动控制系统如果在进入稳态后存在稳态误差则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统System with Steady-state Error为了消除稳态误差在控制器中必须引入积分项积分项对误差取关于时间的积分随着时间的增加积分项会增大这样即便误差很小积分项也会随着时间的增加而加大它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小直到等于零因此比例积分 PI 控制器可以使系统在进入稳态后无稳态误差微分D控制在微分控制中控制器的输出与输入误差讯号的微分即误差的变化率成正比关系自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳其原因是由于存在有较大惯性的组件环节和或有滞后 delay 的组件使力图克服误差的作用其变化总是落后于误差的变化解决的办法是使克服误差的作用的变化要有些超前即在误差接近零时克服误差的作用就应该是零这就是说在控制器中仅引入比例项往往是不够的比例项的作用仅是放大误差的幅值而目前需要增加的是微分项它能预测误差变化的趋势这样具有比例微分的控制器就能够提前使克服误差的控制作用等于零甚至为负值从而避免了被控量的严重地冲过头所以对有较大惯性和或滞后的被控对象比例微分 PD 的控制器能改善系统在调节过程中的动态特性〔〕31 系统辨识1 所谓系统辨识即是在不知道系统转移函数时根据系统特性辨识出来2 若被控对象的数学模式相当线性 linear 且各项参数都可知道则可用控制理论来设计PID控制器的系数大小但实际的被控对象往往是非线性系统且系统复杂难以精确地用数学式表达所以工业上设计PID控制器时常常使用实验方法而较少用理论来设计调整PID控制器的方法中最有名的是Ziegler-Nichols所提出的二个调整法则这个调整法测是基于带有延迟的一阶传递函数模型提出的这种对象模型可以表示为公式3-1在实际的过程控制系统中有大量的对象模型可以近似的由这样的一阶模型来表示如果不能物理的建立起系统的模型我们还可以由实验提取相应的模型参数[5]3 将大小为1的阶跃信号加到被控对象如图3-1所示图3-1 将阶跃信号加到被控对象对大多数的被控对象若输入为阶跃信号则其输出c t 大多为S状曲线如下图3-2所示这个S状曲线称之为过程反应曲线process reaction curve 图3-2被控对象的阶跃响应图4 系统转移函数空调方面图3-3空调系统示意图图3-4 空调系统方块图由图3-3及图3-4可得知此系统的转移函数推导如下公式3-232 系统特性图1 系统为制热使用最大信号去控制系统直到稳定之后也就是热到达无法再上升时此时系统特性就会出现如下图3-5所示图3-5 系统制热的特性图2 系统为制冷使用最大信号去控制系统直到稳定之后也就是冷到达无法再下降时此时系统特性就会出现如下图3-6所示图3-6 系统制冷的特性图33 系统辨识方法1一阶系统带有延迟特性图3-7 一阶系统带有延迟特性图一阶系统加一个传递来近似被控对象则其近似转移函数如公式3-3所示公式3-3其中KTL可由上图3-7求得K稳态时的大小T时间常数※注系统越大时间常数越大L延迟时间2 KTL的求法K如上图3-31所示K值相当于C t 在稳态时的大小T与L求T及L必须在S形状曲线划一条切线最大斜率画出切线之后T及L值可以直接从图上得知T及L值与C t 及切线的关系如上图3-7所示第四章PID最佳调整法与系统仿真41 PID参数整定法概述1PID参数整定方法1 Relay feedback 利用Relay 的 on-off 控制方式让系统产生一定的周期震荡再用Ziegler-Nichols调整法则去把PID值求出来2 在线调整实际系统中在PID控制器输出电流信号装设电流表调P值观察电流表是否有一定的周期在动作利用Ziegler-Nichols把PID求出来PID值求法与Relay feedback一样3 波德图跟轨迹在MATLAB里的Simulink绘出反馈方块图转移函数在用系统辨识方法辨识出来之后输入指令算出PID值[13]2PID调整方式图4-1 PID调整方式如上描述之PID调整方式分为有转函数和无转移函数一般系统因为不知转移函数所以调PID值都会从Relay feedback和在线调整去着手波德图及根轨迹则相反一定要有转移函数才能去求PID值那这技巧就在于要用系统辨识方法辨识出转移函数出来再用MATLAB里的Simulink画出反馈方块图调出PID值〔〕PID 值的方法有在线调整法Relay feedback波德图法根轨迹法前提是要由系统辨识出转移函数才可以使用波德图法和根轨迹法如下图4-2所示42 针对无转移函数的PID调整法在一般实际系统中往往因为过程系统转移函数要找出之后再利用系统仿真找出PID值但是也有不需要找出转移函数也可调出PID值的方法以下一一介绍com Relay feedback4-3所示将PID控制器改成Relay利用Relay的On-Off 控制将系统扰动可得到该系统于稳定状态时的震荡周期及临界增益Tu及Ｋu在用下表4-4 的Ziegler-Nichols第一个调整法则建议PID调整值即可算出该系统之ＫpTiTv之值Controller P 05Ｋu PI 045Ｋu 083Tu PID 06Ｋu 05Tu 0125Tu 〔〕com Relay feedback 在计算机做仿真Step 1 以MATL AB里Simulink绘出反馈方块如下图4-5所示图4-5 Simulink绘出的反馈方块图Step 2让Relay做On-Off动作将系统扰动On-Off动作将以±１做模拟如下图4-6所示图4-6Step 3即可得到系统的特性曲线如下图4-7所示图4-7 系统震荡特性曲线Step 4取得Tu及a带入公式3-1计算出Ｋu以下为Relay feedback临界震荡增益求法公式4-1ａ振幅大小ｄ电压值com 在线调整法图4－８在线调整法示意图在不知道系统转移函数的情况下以在线调整法直接于PID控制器做调整亦即PID控制器里的I值与D值设为零只调P值让系统产生震荡这时的P值为临界震荡增益Ｋv之后震荡周期也可算出来只不过在线调整实务上与系统仿真差别在于在实务上处理比较麻烦要在PID控制器输出信号端在串接电流表即可观察所调出的P值是否会震荡虽然比较上一个Relay feedback法是可免除拆装Relay 的麻烦但是就经验而言在实务上线上调整法效果会较Relay feedback 差在线调整法也可在计算机做出仿真调出PID值可是前提之下如果在计算机使用在线调整法还需把系统转移函数辨识出来但是实务上与在计算机仿真相同之处是PID 值求法还是需要用到调整法则Ziegler-Nichols经验法则去调整与Relay feedback的经验法则一样调出PID值com 在线调整法在计算机做仿真Step 1以MATLAB里的Simulink绘出反馈方块如下图4-9所示图4-9反馈方块图PID方块图内为图4-10 PID方块图Step 2将Td调为0Ti无限大让系统为P控制如下图4-11所示图4-11Step 3调整KP使系统震荡震荡时的KP即为临界增益KU震荡周期即为TV 使在线调整时不用看a求KU如下图4-12所示图4-12 系统震荡特性图Step 4再利用Ziegler-Nichols调整法则即可求出该系统之ＫpTiTd之值43 针对有转移函数的PID调整方法com系统反馈方块图在上述无转移函数PID调整法则有在线调整法与Relay feedback调整法之外也可利用系统辨识出的转移函数在计算机仿真求出PID值至于系统辨识转移函数技巧在第三章已叙述过接下来是要把辨识出来的转移函数用在反馈控制图之后应用系统辨识的经验公式Ziegler-Nichols第二个调整法求出PID值〔〕4-14所示controllerPPI33LPID2L 表4-14 Ziegler-Nichols第二个调整法则建议PID调整值〔〕为本专题将经验公式修正后之值※comL为延迟时间可com b※coma的解法可有以下2种解一如下图4-15中可先观察系统特性曲线图辨识出a值解二利用三角比例法推导求得图4-15利用三角比例法求出a值公式4-2用Ziegler-Nichols第一个调整法则求得之PID控制器加入系统后一般闭环系统阶跃响应最大超越的范围约在1060之间所以PID控制器加入系统后往往先根据Ziegler-Nichols第二个调整法则调整PID值然后再微调PID值至合乎规格为止com 波德图法及根轨迹法利用系统辨识出来的转移函数使用MATLAB软件去做系统仿真由于本设计中PID参数的整定主要是基于系统辨识及Ziegler-Nichols调整法则所以在此不用波德图法及根轨迹法第五章油冷却机系统的PID控制器设计51 油冷却机系统本论文设计以油冷却机温度控制系统为被控对象进行PID控制器的参数整定及其设计下面介绍一下油冷却机系统以及各个组成部分com 油冷却机图5-1 油冷却机实物图图5-2 油冷却机系统循环图油冷却机系统循环主要可分为冷媒循环系统以及油循环系统冷媒循环系统即为一般常见之制冷循环而油循环则是将油打出后经过负载加热再与冷媒循环的蒸发器作热交换再流回油槽做冷却用[16]com 感测与转换器图5-3 PT100实物图电阻式温度检测器 RTDResistance Temperature Detector －一种物质材料作成的电阻它会随温度的上升而改变电阻值如果它随温度的上升而电阻值也跟着上升就称为正电阻系数如果它随温度的上升而电阻值反而下降就称为负电阻系数[6]PT100温度传感器是一种以白金 Pt 作成的电阻式温度检测器属于正电阻系数其电阻和温度变化的关系式如下R Ro 1αT其中α 000392Ro为100Ω 0℃的电阻值 T为摄氏温度Vo 255mA ×100 1000392T 0255T1000 电源是带噪声的因此我们使用齐纳二极管作为稳压零件由于72V齐纳二极管的作用使得1K电阻和5K可变电阻之电压和为65V靠5K可变电阻的调整可决定晶体管的射集极极电流而我们须将集极电流调为255mA使得量测电压V如箭头所示为0255T1000其后的非反向放大器输入电阻几乎无限大同时又放大10倍使得运算放大器输出为255T100 6V齐纳二极管的作用如72V齐纳二极管的作用我们利用它调出255V因此电压追随器的输出电压V1亦为255V其后差动放大器之输出为Vo 10 V2-V1 10 255T100-255 T10如果现在室温为25℃则输出电压为25V。
基于Matlab的PID温度控制系统设计
feedback 调整法之 外，也 可 利 用 系 统 辨 识 出 的 传 递 函
数在计算机仿真中求得 PID 值。将辨识出的传递函
数用以反馈 控 制 图 中，再 应 用 系 统 辨 识 的 经 验 公 式
Ziegler － Nichols 第 二 个 调 整 法 求 出 PID 值［9 ］，如
表 1所示。
性曲线相交，得出时间轴值，此值与延迟时间相减，即
为时间常数 T = 2 700 － 190 = 2 510。
所以辨识出系统的传递函数为
G（ s）
=
9. 1e 2 510
－
s
190
+1
（ 4）
通过系统特性图应用系统辨识法获得了部分参数
和系统 的 传 递 函 数 后，只 需 再 使 用 表 1 的 Ziegler －
Nicholg第二经验法则，便可求出 PID 值
P
=
0. 9 a
=
0. 0.
9 6
=
1.
5
I = 2 × L = 2 × 190 = 380
（ 5）
D =
L 2
=
190 2
=
95
PID 控制系统调整结果如图 4 所示。
图 6 系统扰动后的特性曲线
由图 6 有 a = 0. 5，Tu = 760. 将 a 值代入
因此其传递函数为
G0（ s）
=
U（ E（
s） s）
=
Kp
+
Ki s
+ Kd
（ 3）
图 2 Relay － feedback 调整法
比例单元的作用是： 按比例反应系统的偏差。当 系统实际输出和期望值之间出现偏差，比例调节会立
基于MATLAB的模糊PID参数自整定仿真小结
基于MATLAB的模糊PID参数自整定仿真小结
祝明;何丽丽
【期刊名称】《黑龙江科技信息》
【年(卷),期】2012(000)014
【摘要】本文在阅读了大量有关模糊PID参数自整定方面的书藉、文章之后,通过不断的仿真研究,总结了模糊查询表的M文件快速求取方法、利用单纯形法对PID 参数的寻优,从而推出模糊PID量化因子和比例因子的寻优,以达到模糊PID的参数自整定,减轻了模糊PID参数整定对人工的依赖。
【总页数】1页(P60-60)
【作者】祝明;何丽丽
【作者单位】辽宁高科节能热电设计研究院,辽宁沈阳110000;辽宁高科节能热电设计研究院,辽宁沈阳110000
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.基于MATLAB 的模糊PID参数自整定控制器设计与研究 [J], 王晓侃;王亮
2.基于MATLAB的参数自整定模糊PID控制器的两种设计方法 [J], 杨璐;雷菊阳
3.基于参数自整定模糊PID双闭环直流调速系统的设计仿真 [J], 吴燕翔;张朝君;周超群;霍海波
4.基于参数自整定模糊PID控制的汽车ABS系统分析与仿真 [J], 张大禹;卫龙龙;
魏洪贵;叶毅铭
5.基于MATLAB的模糊PID参数自整定仿真研究 [J], 康杰
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Fuzzy 自整定PID 控制器设计及其MATLAB 仿真
文章编号：10071385（2006）01007103Fuzzy自整定PID控制器设计及其MATLAB仿真袁凤莲（沈阳理工大学信息学院，辽宁沈阳110168）摘要：针对常规PID控制器不能在线进行参数自整定的问题，结合模糊控制技术，提出了一种模糊自整定PID参数的方法，运用MATLAB进行仿真研究表明，该模糊自整定PID控制器既具有PID控制器高精度的优点，又具有模糊控制器快速、适应性强的特点，使被控对象具有良好的动、稳态特性。
关键词：PID控制；自适应；模糊控制；仿真中图分类号：TP273+.4文献标识码：A在工业控制过程中经常会碰到大滞后、时变的、非线性的复杂系统，其中有的参数未知或缓慢变化；有的带有延时和随机干扰；有的无法获得较精确的数学模型或模型非常粗糙。
对上述这些系统，如果使用常规的PID控制器，则较难整定PID 参数，因而比较难达到预期效果。
模糊控制器是一种近年来发展起来的新型控制器，其优点是不要求掌握被控对象的数学模型，而根据人工控制规则组织控制决策表，然后由该表决定控制量的大小。
将模糊控制和PID控制两者结合起来，扬长避短，既具有模糊控制灵活、适应性强的优点，又具有PID控制精度高的特点。
1 模糊自适应PID控制设计由于操作者的经验不易精确描述，控制过程中的各种信号量及评价指标也不易定量表示，所以人们运用模糊数学的基本理论和方法，把规则的条件、操作用模糊集表示，并把这些模糊控制规则及有关信息（如评价指标、初始PID参数等）作为知识存入计算机知识库中，然后计算机根据控制系统的实际响应情况，运用模糊推理，即可自动实现对PID参数的最佳调整，这就是模糊自适应PID控制。
自适应模糊PID控制器以误差e和误差变化ec作为输入，可以满足不同时刻的e和ec对PID 参数自整定的要求。
利用模糊控制规则在线对PID参数进行调整，便构成了自适应模糊PID控收稿日期：20051008作者简介：袁凤莲（1971），女，辽宁辽中人，讲师制器，常见结构如图1所示。
基于Matlab的2种Fuzzy—PID控制器的设计与仿真
值 时采 用 Ｐ Ｄ控 制 ； ｕｚ —Ｐ Ｄ 参数 自整定控 制器 Ｉ Ｆ ｚｙ Ｉ 先 由模 糊控 制策略 得到 自适应 的 Ｐ Ｄ 参数 改进 的 Ｐ Ｄ 控 制 器 来 控 制 全局 系 ， Ｉ
统 。仿 真 结果表 明 ２种 Ｆ ｚｙ—Ｐ Ｄ控 制 器都 具 有 ｕｚ Ｉ
ＰＤ 阈值控制 器选 用给 定 温 度偏 差 值 作 为 阚值 ， Ｉ 阙 值 以 上 的 大偏 差 范 围 内采 用 模 糊 控 制 ， 差 小 于 阈 温
ｏ ｔ ｉ ｅ ｙ ｆ ｚ ｙ ｌ ｇ ｃ ｒ ｌｓ ｔ ｅ ｈ ｍｐ ｏ ｅ ｂ ａｎ ｄ ｂ ｕ ｚ ｏ ｉ ｕ ｅ ， ｈ ｎ ｔ ｅ ｉ ｒ ｖ ｄ
文献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ：０ １ ２ ５ （ ｏ ７ ０ —０ ７ ０ １ ０ — ２ ７ ２ ０ ） １ ０ ０— ２
Ａ ｓｒ ｃ ： ｂ ｔ ａ ｔ Ｔｗｏ Ｆｕ ｚ ｚ ｙ— ＰＩ ｃ ｎ ｒ ｌ ｎ ｅ ｈ Ｄ ｏ ｔ ｏ ｌ ｇ ｍ ｔ － ｉ
ｏ ｓ ａ ｅ ｐｒ ｐ ｅ ｏ ｃ ｎｔ ｏ ｈ ｌ ｃ ｒ ｎｉ ａ ｉ ｇ ｄ ｒ ｏ ｏｓ ｄ ｔ ｏ ｒ ｌ ｔ ｅ ｅ ｅ ｔ ｏ ｃ ｈｅ ｔｎ ｔｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ：Ｆｕ ｚ — ＰＩ ｚｙ Ｄ ｔ ｅ ｈ ｄ ｏ ｒ ｌ ｎ ｈｒ ｓ ｏｌ ｃ ｎｔ ｏ ａ ｄ Ｆｕ ｚ —ＰＩ ｓ ｌ ｚｙ Ｄ ｅ ｆ—ｔ ｉ ｒ ｍｅ ｅ ｏ ｔ ｏ ．Ｔｗｏ ｕｎ ｎｇ ｐａ ａ ｔ ｒ ｃ ｎ ｒ １ ｋｉ ｄｓ ｏ ｚ ｙ — ＰＩ ｔ ｍｐｅ ａ ｕｒ ｏｎ ｒ ｌｅ ｒ ｎ ｆ Ｆｕ ｚ Ｄ ｅ ｒ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｌｒ ｗｅ ｅ ｄｅ ｉ ｎ ｄ ａ ｉ ｕ ａ ｅ ｂ ａ ｌ ｂ．Ａｓ ｔ Ｆｕｚ ｙ — ｓ ｇ ｅ ｎｄ ｓｍ ｌ ｔ ｄ ｙ Ｍ ｔａ ｏ ｚ
基于FuzzyPID的烘干炉温度控制系统的
基于FuzzyPID的烘干炉温度控制系统的基于Fuzzy PID的烘干炉温度控制系统的设计学生专业：自动化学生姓名：导师姓名：摘要传统的烘干炉温度控制系统在烘干过程中，烘干炉温度保持恒温，并不利于产品整体的烘干，而为了达到更好的效果，其温度应由低到高逐渐升高，以利于溶剂的充分挥发。
本文就是以烘干炉为被控对象，本文通过使用铜-铜镍热电偶，测量烘干炉实际运行温度，送入单片机进行数据处理，以AT89C52 单片机为基础，构成一个能进行较为复杂数据处理的控制系统，并实现其硬件电路图与软件框图。
单片机可根据输入的各种命令，运行智能算法得到控制值，输出脉冲触发信号，通过过零触发电路驱动双向可控硅，从而加热烘干炉。
本文分析了PID控制和模糊控制的优缺点，将PID控制和模糊控制的优点结合起来，采用模糊规则在线整定PID 的PK 、IK 、DK 三个参数的模糊自整定PID控制方法。
基于模糊自整定PID 控制算法的控制系统有相当好的灵活性，能进行数据实时采集、利用模糊PID算法进行处理及控制结果显示等功能，可以获得较高的控制精度。
关键词模糊 PID 烘干炉温度控制系统AbstractThe traditional drying stove temperature control system in drying process, drying stove temperature keep a constant temperature, not conducive to the whole of product drying, and in order to achieve better effect, its temperature should be from low to high gradually raised, so the full volatile solvent.This paper is to dry the furnace for the controlled object, this paper, through the use of copper-copper nickel thermocouple, measurement of drying stove actual operation temperature, into the single chip microcomputer data processing, based on single chip microcomputer AT89C52, can form a more complex data processing of the control system, and realize the hardware circuit and software diagram. According to the input of the single chip microcomputer of command, run the smart control algorithm are, the output pulse triggering signal, through the zero trigger circuit drive bta, thus heating drying stove.This paper analyzes the PID control and fuzzy control and the advantages and disadvantages of, will PID control and fuzzy control advantages combined, using fuzzy rules online setting the PID P K, I K, D K three parameters of fuzzy self-tuning PID control method. Based on fuzzy self-tuning PID control algorithm of the control system is good flexibility, can the real-time data acquisition, data by using fuzzy PID algorithm for processing and control results show, and other functions, can obtain higher control precision.Key words Fuzzy PID drying stove temperature control system目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1课题研究的目的及意义 (1)1.2控制的发展状况 (2)1.2.1 国内发展现状 (2)1.2.2 国外发展状况 (2)1.3本文的研究内容 (3)第2章控制理论 (5)2.1PID控制方案 (5)2.1.1 PID控制的基本概念 (5)2.1.2 PID控制器的优缺点 (8)2.2模糊控制方案 (9)2.2.1 模糊控制理论 (9)2.2.2模糊控制器设计步骤 (10)2.2.3 模糊控制器的优缺点 (16)2.3模糊自整定PID方案 (17)2.3.1 模糊自整定PID控制的原理 (17)2.3.2 糊自整定PID控制器的设计 (18)第3章系统硬件电路的设计 (25)3.1系统的总体框图 (25)3.2单片机的选型 (26)3.3传感器的选择 (27)3.4温度采集电路的设计 (28)3.5A/D转换电路的设计 (29)3.6键盘和显示电路的设计 (31)3.7存储器扩展电路的设计 (34)3.8可控硅控制电路的设计 (35)3.9报警电路的设计 (37)3.10电源电路的设计 (38)3.11串口通信电路的设计 (39)第4章控制系统软件的设计 (40)4.1控制系统的仿真 (40)4.1.1 MATLAB7.0以及仿真环境Simulink简介 (40)4.1.2 PID控制系统的仿真 (41)4.1.3 模糊自整定PID控制系统的仿真 (42)4.2主程序的设计 (46)4.3模糊自适应PID算法 (48)4.4键盘和LED显示程序 (49)4.5串口通信程序 (52)结论 (53)致谢 (54)参考文献 (55)附录1 (57)附录2 (58)IVcontentsAbstract (I)Abstract (II)Chapter 1 Introduction (1)1.1The purpose of subject research and significance (1)1.2The development conditions of the control (2)1.2.1 Domestic development situation (2)1.2.2 Development status abroad (2)1.3 This paper the research content (3)Chapter 2 Control theory (4)2.1 PID control scheme (4)2.1.1 The basic concept of PID control (4)2.1.2 PID controller advantages and disadvantages (8)2.2 The fuzzy control scheme (9)2.2.1 Fuzzy control theory (9)2.2.2 Fuzzy controller design steps (10)2.2.3 The advantages and disadvantages of the fuzzycontroller (16)2.3 Fuzzy self-tuning PID scheme (17)2.3.1 Fuzzy self-tuning PID control principle (17)2.3.2 Fuzzy self-tuning PID controller design (18)Chapter 3 System hardware circuit design (25)3.1 The whole system diagram (25)3.2 The selection of the single chip microcomputer (26)3.3 Sensor selection (27)543.4 Temperature acquisition circuit design (28)3.5 A/D conversion circuit design (29)3.6 The keyboard and display circuit design (31)3.7 Memory expansion circuit design (34)3.8 Silicon-controlled rectifier control circuit design (35)3.9 The alarming circuit design (37)3.10 The power circuit design (38)3.11 Serial interface communication circuit design (39)Chapter 4 The design of the control system software (40)4.1 Control system simulation (40)4.1.1 MATLAB7.0 and simulation environment Simulinkprofile (40)4.1.2 PID control system simulation (41)4.1.3 Fuzzy self-tuning PID control system simulation (42)4.2 The main program design (46)4.3 The fuzzy adaptive PID algorithm (48)4.4 The keyboard and LED display program (49)4.5 Serial interface communication program (52)CONCLUSION (53)THANKS (54)REFERENCES (55)APPENDIX1 (57)APPENDIX2 (58)54第1章绪论1.1课题研究的目的及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。
基于Matlab的PID温控系统的设计与仿真
基于Matlab的PID温控系统的设计与仿真摘要在Matlab6.5环境下,通过Matlab/Simulink提供的模块,对温度控制系统的PID控制器进行设计和仿真。
结果表明,基于Matlab的仿真研究,能够直观、简便、快捷地设计出性能优良的交流电弧炉温度系统控制器。
关键词温度系统数学模型;参数整定;传递函数在钢铁冶炼过程中,越来越多地使用交流电弧炉设备,温控系统的控制性能直接影响到钢铁的质量,所以炉温控制占据重要的位置。
PID控制是温控系统中一种典型的控制方式,是在温度控制中应用最广泛、最基本的一种控制方式。
随着科学发展,各行各业对温控精度要求越来越高,经典PID控制在某些场合已不能满足要求,因而智能PID控制的引入是精密温控系统的发展趋势。
为了改善电弧炉系统恒温控制质量差的现状,研制具有快速相应的、经济性好的、适合国情的恒温控制装置具有十分重要的意义。
1温控系统模型的建立在Matlab6.5环境下,通过Simulink提供的模块,对电弧炉温控系统的PID控制器进行设计和仿真。
由于常规PID控制器结构简单、鲁棒性强,被广泛应用于过程控制中。
开展数字PID控制的电弧炉控制系统模型使应用于生产实际的系统稳定性和安全性得到迅速改善。
1.1温控系统阶越响应曲线的获得在高校微机控制技术实验仪器上按以下步骤测得温度系统阶越响应曲线:1)给温度控制系统75%的控制量,即每个控制周期通过X0=255×75%=191个周波数,温度系统处于开环状态。
2)ATMEGA32L内部A/D每隔0.8s采样一次温度传感器输出的电压值,换算成实际温度值,再通过串口通讯将温度值送到电脑上保存。
使用通用串口调试助手“大傻串口调试软件-3.0AD”作为上位机接收数据并保存到文件“S曲线采集.txt”中。
3)在采集数据过程中,不时的将已经得到的数据通过“MicrosoftExcel”文档画图,查看温度曲线是否已经进入了稳态区;根据若曲线在一个较长时间里基本稳定在一个小范围值内即表明进入稳态区了,此时关闭系统。
(完整word版)基于MATLAB的PID恒温控制器
成绩课程设计报告题目基于MATLAB的PID恒温控制器院部名称智能科学与控制工程学院专业自动化班级14自动化组长姓名陈玉荣学号1417102009同组学生范淑君、钱涛设计地点工科楼C208设计学时1周指导教师翟力欣金陵科技学院教务处制目录绪论 (4)一、选题的目的和意义 (4)1。
1、课题研究的内容 (4)二、系统方案对比 (5)三、控制对象建模 (5)3。
1、PID控制建模 (5)3.1.1温控系统阶跃响应曲线的获得 (6)3。
1.2 温度系统数学模型选择与参数确定 (6)3.2、被控对象建模 (8)四、MATLAB的Ziegler-Nichols算法PID控制器设计 (9)4。
1、Ziegler-Nichols算法简介 (9)4。
2、Ziegler-Nichols算法参数确定 (11)五、P、PI、PID调节器控制比较 (15)5.1、未加PID调节系统 (15)5.2、加入P调节系统 (16)5。
3、PI调节系统 (18)5。
4 PID调节系统 (20)5.5 系统调节总体分析 (22)六、PID调节的Simulink仿真 (24)6。
1、PID控制仿真 (24)6.2、抗干扰能力测试 (25)七、总结 (26)八、参考文献 (27)基于MATLAB的PID恒温控制器绪论一、选题的目的和意义任何闭环的控制系统都有它固有的特性,可以有很多种数学形式来描述它，如微分方程、传递函数、状态空间方程等。
但这样的系统如果不做任何的系统改造很难达到最佳的控制效果，比如快速性稳定性准确性等。
为了达到最佳的控制效果，我们在闭环系统的中间加入PID控制器并通过调整PID参数来改造系统的结构特性，使其达到理想的控制效果。
1。
1、课题研究的内容工业生产中温度控制具有单向性、时滞性、大惯性和时变性的特征,要实现温度控制的快速性和准确性，对于提高产品质量具有很重要的现实意义。
本论文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器。
基于Fuzzy-PI的薄膜烘干过程中张力控制
基于Fuzzy-PI的薄膜烘干过程中张力控制陈亚伟;惠晶【摘要】针对牵引张力的非线性时变特征建立张力模型,采用Fuzzy-PI控制策略实现薄膜牵引过程的恒张力控制,利用Matlab对控制策略进行仿真验证,设计了张力闭环系统.仿真与实际运行结果证明:本系统具有良好的动态性能与稳态精度.【期刊名称】《江南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(014)002【总页数】4页(P162-165)【关键词】薄膜烘干;牵引张力;Fuzzy-PI控制;仿真【作者】陈亚伟;惠晶【作者单位】江南大学轻工过程先进控制教育部重点实验室,江苏无锡214122;江南大学轻工过程先进控制教育部重点实验室,江苏无锡214122【正文语种】中文【中图分类】TB486.3高性能的薄膜在烘干过程中，需要经过很长的烘箱。
某公司生产的烘箱系统，需要经过6～7节烘箱，每节烘箱长5m，因此整个收放过程有约40m的距离。
这么长的距离，整个张力只由收放两个过程控制是不合理的，故在中间增加牵引过程，以便有效控制烘箱中薄膜的张力。
而烘箱中需要进行烘干作业，特别是高质量膜的生产，不仅要对涂料进行烘干，而且还对薄膜的含水量有着精确的要求。
因此，膜在烘箱中运行时，需要张力恒定，保证膜受热均匀。
在烘箱中受到温度，风速，涂覆材料等的影响，张力系统具有动力学模型变化大，强耦合性，多干扰等特点［1］。
传统的PID虽然结构简单、控制精度高、鲁棒性强，但需要建立准确的控制数学模型。
在烘箱的牵引中，因扰动影响，系统参数不断变化，难于建立准确的数学模型，因此传统的PID控制不能满足这些条件。
而Fuzzy-PI控制不需要建立准确的数学模型，较传统PID控制具有很强的抗干扰能力，比较适合牵引过程中参数具有时变性、非线性和不确定性的控制系统［2］。
文中通过对牵扯引系统分析建立数学模型，并利用Fuzzy-PI进行控制，在Matlab里进行仿真，并与PID控制进行比较，张力系统稳定性更好。
基于Fuzzy-PID控制器的网络化智能温度控制系统
基于Fuzzy-PID控制器的网络化智能温度控制系统
相征;郎朗
【期刊名称】《工业控制计算机》
【年(卷),期】2008(21)3
【摘要】系统由单片机AT89C52作为主控单元,把增量型PID作为调节器,兼顾PID参数模糊自整定产生PWM波在现场总线上通过数据融合的方法实现时多站点温度的调节,可以有效地把握系统的动态与稳态特性,使控制过程达到优化.该系统包括电源、控制算法、温度检测、键盘输入、LED显示、自动报警、上位机通信以及开关量输入输出控制等.
【总页数】3页(P54-55,57)
【作者】相征;郎朗
【作者单位】安徽工程科技学院安徽省电气传动与控制重点实验室,安徽,芜
湖,241000;安徽工程科技学院安徽省电气传动与控制重点实验室,安徽,芜
湖,241000
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.基于Fuzzy-PID的除氧温度控制系统研究 [J], 张小娟
2.基于Fuzzy-PID的风力发电机润滑油温度控制系统 [J], 郑翔;刘军
3.基于Fuzzy-PID的除氧器温度控制系统的研究 [J], 张小娟
4.基于参数自适应Fuzzy-PID换热站温度控制系统的设计 [J], 贠卫国;孙阳阳
5.基于LabVIEW的Fuzzy-PID温度控制系统的设计 [J], 陈云霞;芦凤桂;朱妙凤;姚舜
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量 。为 了研究问题方便 ， 在此建立风速和滚筒转速恒 定下 燃 油 机 的 数 学 模 型 。试 验 条 件 ： 筒 转 速 １ｒ 滚 ０／
ｍ ｎ 出 口风速 ２ ． ｍ ｓ ｉ； １７ ／ 。
热风 炉 的 数 学 模 型 可 用 一 阶 惯 性 滞 后 环 节 来 描
ｘ１０ ３ ＠ １６ ｃｒ。 ｊ５ ０ ０ ２ ．ｏ ｎ
通讯 作者 ：周 修 理 （ ９ ６一） 男 ， １６ ， 山东 文登 人 ， 教 授 ， Ｅ—ｍ ｉ 副 （ ａ） ｌ
ｘ ｚ ｏ ０ ５１ ｇ ｉ． ｏ ｌ ｈ ｕ ４ ＠ ｍａｌ ｃ ｍ。
２１ ０ １年 ７月
农 机 化 研 究
１ 上 ＿
数； 下为纯 滞后 时 间。 采用 阶跃 飞 升 曲线 法 来 对 热 风 炉 进 行 动 态 试
ＰＤ算法对牧草烘 干机 温度控制器进行 了仿真研究 ， Ｉ
分 析 Ｆ ｚｙ—ＰＤ算 法 用 于 牧 草 烘 干 温 度 控 制 系统 的 ｕｚ Ｉ
可 行 性
验建模。系统的动态特性测定方法如下 ： １ 断开控制器使热风炉的工作状态 为手动状态 ， ） 当系统在 给定值处平衡后 ， 突然增加 １ 以燃 油量为 个
２ ．ｍ ／ １５ ｈ的 阶跃 扰 动 信 号 ， 出 的 入 口温 度 相 对 应 输 也 有 一个 变 化部 分 。 此后 ， 隔 １ ｓ 录下 热 风 炉被 每 ０记
１ 建 模 试 验
１ １ 试 验设 备 ．
试 验 平 台采 用 东 北 农 业 大 学 研 制 的 四 重 滚 筒 式 牧 草 干燥 机 ， 要 由滚 筒 干 燥 机 主 体 和燃 油机 两 部 分 主 组 成 。滚 筒转 速 可 由变 频 器 调 整 ； 源部 分 由燃 油 热 热 风炉 提 供 ； 风 风量 通过 出 口风机来 进 行 调节 ］ 热 。
牧 草热 风炉 温 度 系 统具 有 非线 性 、 滞 后 性 和 不 大 精 确 性 等特 点 。用 传 统 的 ＰＤ 控 制 或 模 糊 控 制 在 处 Ｉ 理这 类 系 统 时 ， 制 效 果 不 理 想 。本 文 应 用 Ｆ ｚｙ— 控 ｕｚ
述 ： （） ＝ Ｇｓ
』
。 中 ， 为静 态 增 益 ； 其 Ｋ Ｔ为 时 间 常
关键词 ：温度控制器 ；模糊 ＰＤ控制 ；Ｍ Ｔ Ａ ；牧草烘干机 Ｉ ＡＬＢ
中图分类号 ：￥ ２ ． Ｔ ３ １ ４ ２ ６ ６； Ｐ ９ ． １ 文献标 识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ３—１ ８ ２ １ ） ７—０ ５ ０ ８ Ｘ（０ １ ０ ０ ０— ４
０ 引 言
作 温度 ４０Ｃ， 差 要 求 在 ±１％ 。根 据 运 行 的 现 场 ２￣ 误 ０ 实 测数 据 表 明 ， 油 机 的 燃 油 量 影 响 人 口温 度 ， 以 燃 所
２ １ Ｆ ｚ ｙ—ＰＤ控 制器 结构 ． ｕ ｚ Ｉ
第 ７期
函数。具体步骤如下 ：
（ ） 反应 曲线 上 取 两 点 （。 和 ｈ（： ， 两 点 １在 ｔ） ｔ） 这
该 Ｆｚｙ—ＰＤ控 制器 是 以 温 度误 差 ｅ ｔ 和误 差 ｕｚ Ｉ （）
满足 ｈ ｔ ＝ ．９ （ ， （ ） ０ ６ｈ ∞） （。 Ｏ ３ｈ ∞）ｈ ｔ ＝ ． ３ （ 。其 中， ） ２ ｈ （ 为人 口温度 的稳定值 。由试 验所得 数据可 知 ｈ ∞） （ｏ ＝ ２ ．８ 。 ） ４ ６７ ℃。计算可得
摘
要 ： 分 析 了 已有 的 四重 滚 筒 式 牧草 烘 干 机 温度 系 统 的 特 点 ， 试 验 建 模 方 法 建 立 了热 风 炉 的 数 学 模 型 ， 用 提
出 了基 于模 糊 控 制与 ＰＤ算 法 相 结合 的 控 制 方法 ， 行 了 Ｆ ｚｙ—ＰＤ控 制 器 的 理论 设 计 。采 用 Ｍ Ｔ Ａ Ｉ 进 ｕｚ Ｉ Ａ Ｌ Ｂ进 行 了 仿 真 ， 真结 果 表 明 Ｆ ｚｙ—ＰＤ控 制 器具 有 上 升 时 间快 、 调 量小 的特 点 ， 足 系统 的 控制 要 求 。 仿 ｕｚ Ｉ 超 满
畜 牧业 的迅 速发 展 推 动 了牧 草 需 求量 的 增 加 ， － 将燃油量作为系统 的控制变量 ， 口温度作为被控变 烘 入 干机 设 备 广泛 应 用 在 牧草 加 工 行 业 。 目前 ， 控 仪 和 温
可编程控制器是牧草烘干设备常采用的两种控制器 ，
这两 种 控 制 器 由于 存 在 算 法 局 限性 和 成 本 高 等 问 题
２１ ０ ７月 １年
农 机 化 研 究
第 ７期
牧 草 烘 干 机 温 度 Ｆ ｚ ｙ — Ｐ 控 制 仿 真 研 究 ｕｚ Ｉ Ｄ
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基 于 ＭＡ Ｌ Ｂ ＴＡ
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基 金项 目：黑龙 江省 留学归 国人员科 学技 术专项 （ Ｃ ７ ２ ； Ｌ ０ Ｃ ６） 东北农 业大学科 技创新项 目（ Ｘ ０ Ｃ ０ ６—３ ） 作者 简介 ｌ徐 姣 （ ９ ５一）， ， １８ 女 湖北荆 州人 ， 士研究生 ， Ｅ—ｍ ｉ） 硕 （ ａｌ
１ ２ 试 验建模 及 结果分 析 ．
调参数 （ 口温度 ） 阶跃信 号下 的变化过程 。对试 入 在
验 数 据进 行 处理 ， 制 被 调 参 数 的 时 间 响应 曲 线 如 图 绘
１所示 。
４０ ５ ４０ ０
３５ ０
如何使系统 的数学模 型准确地 反映烘干过 程 的 实际特性 ， 为温度控制器 的设计及参数整定提供理论 依据是至关重要的。本文的被控对象 为热风炉 ， 其工