温度控制系统智能控制器的与仿真

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

2013年5月12日

目 录

摘 要 ........................................................... 1 Abstract . (1)

第一章 绪论 (2)

1.1选题背景及其意义 (2)

1.2概述 (2)

1.3温度测控技术的发展与现状 (2)

1.3.1定值开关控温法 (2)

1.3.2 PID 线性控温法 (3)

1.3.3智能温度控制法 (3)

第二章 被控对象及控制策略 (4)

2.1被控对象 (4)

2.2控制策略 (4)

第三章 PID 控制器的设计与仿真 (5)

3.1 PID 控制器的模型与设计 (5)

3.2 P 、I 、D 控制 (6)

3.2.1比例（P ）控制 (6)

3.2.2 积分（I ）控制 (6)

3.2.3 微分（D ）控制 (6)

3.3 PID 控制器部分Simulink 的模块 (6)

3.4 PID 控制器参数的整定 (7)

3.5 临界比例度法仿真的步骤 (7)

3.5.1控制对象)(1S G 的参数Kp ，Ti ，Td 的整定 (9)

3.5.2 控制对象)(2S G 的参数Kp ，Ti ，Td 的整定 (10)

3.5.3 控制对象)(3S G 的参数Kp ，Ti ，Td 的整定 (11)

3.6 对PID 控制器的仿真 (11)

3.6.1模型一的仿真 (11)

3.6.2 模型二的仿真 (13)

3.6.3 模型三的仿真 (15)

3.7 对PID控制器的仿真结果分析 (17)

第四章 Fuzzy控制器的设计与仿真比较 (18)

4.1模糊控制器的设计 (18)

4.2 模糊控制器的仿真比较 (21)

4.2.1没有干扰之前的模型和仿真结果 (21)

4.2.2加了干扰之后的模型和仿真结果 (22)

4.3对两组仿真结果的分析 (23)

结论 (24)

参考文献 (25)

致谢 (26)

温度控制系统智能控制器的设计与仿真

摘要

基于MATLAB/Simulink仿真环境，针对PID控制器控制过程的缺陷性分析，给出了一种简单有效的智能控制方法。与通常的PID控制进行比较，其优点是非常直观、可以随意修改仿真参数，节省了大量的计算和编程工作量。通过仿真实例最后验证智能控制器的有效性。

关键词：智能控制器；PID控制器；MATLAB/Simulink；参数改变

The temperature control system of the intelligent

controller design and simulation

Abstract

Being based on the simulation environment of MATLAB/Simulink,The PID tuning is a complicated process.Giving an easy and effective intelligent control method,making a comparison with PID control method.There are many advantages,like very audio-visual,simulation parameter changing quickly.These save lots of calculation and programming.During the simulation cases,we can prove effectiveness of the intelligent controller

Key words：the intelligent controller;PID controller;parameter tuning;MATLAB/Simulink

第一章绪论

1.1选题背景及其意义

在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。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。自18世纪工业革命以来，工业发展与是否能掌握温度有着密切的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。温度不但对于工业如此重要，在农业生产中温度的监测与控制也有着十分重要的意义。

1.2概述

温度是生活及生产中最基本的物理量，它表征的是物体的冷热程度。自然界中任何物理、化学过程都紧密的与温度相联系。在很多生产过程中，温度的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系。因此，温度的测量与控制在国民经济各个领域中均受到了相当程度的重视。

用微机仿真的方法找到一种比较合适的控制器是当今社会对温度控制研究的方向之一。通过不断地仿真、分析、在仿真、再分析得出最后的最优控制方案。

1.3 温度控制技术的发展与现状

近年来，温度的控制在理论上发展比较成熟，但在实际测量和控制中，如何保证快速实时地对温度进行采样，确保数据的正确传输，并能对所测温度场进行较精确的控制，仍然是目前需要解决的问题。

温度控制技术按照控制目标的不同可分为两类：动态温度跟踪与恒值温度控制。动态温度跟踪实现的控制目标是使被控对象的温度值按预先设定好的曲线进行变化。在工业生产中很多场合需要实现这一控制目标，如在发酵过程控制，化工生产中的化学反应温度控制，冶金工厂中燃烧炉中的温度控制等；恒值温度控制的目的是使被控对象的温度恒定在某一给定数值上，且要求其波动幅度(即稳态误差)不能超过某允许值。

从工业控制器的发展过程来看，温度控制技术大致可分以下几种：

1.3.1 定值开关控温法

所谓定值开关控温法，就是通过硬件电路或软件计算判别当前温度值与设定目标温度值之间的关系，进而对系统加热装置(或冷却装置)进行通断控制。若当前温度值比设定温度值高，则关断加热器，或者开动制冷装置;若当前温度值比设定温度值低，则开启加热器并同时关断制冷器。这种开关控温方法比较简单，在没有计算机参与的情况下，用很简单的模拟电路就能够实现。目前，采用这种控制方法的温度控制器在我国许多工厂的老式工业电炉中仍被使用。

由于这种控制方式是当系统温度上升至设定点时关断电源，当系统温度下降至设定点时开通电源，因而无法克服温度变化过程的滞后性，致使被控对象温度波动较大，控制精度低，完全不适用于高精度的温度控制。