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摘要.................................................. 1 0 引言............................................... 1 1 PID控制以及模糊PID控制 ............................ 1 1.1 PID控制 ....................................... 1 1.2 模糊PID控制 .................................. 2 2 电阻炉温度控制系统................................. 4 2.1 电阻炉系统数学模型的建立 ...................... 4 2.2 建立被控对象模型 .............................. 5 2.3 电阻炉模糊控制器的建立 ........................ 6 2.4 模糊PID控制器的输入输出变量及其模糊化 ......... 7 3 模型仿真以及结果比较............................... 9 3.1 PID控制 ...................................... 9 3.2 电阻炉模糊控制 ............................... 10 3.3 电阻炉模糊PID控制 ........................... 11 3.4 比较与总结 ................................... 12 4 总结.............................................. 13 参考文献............................................. 14
基于模糊PID的电炉温度控制以及仿真
嵇朋朋
南京信息工程大学信息与控制学院 南京 210044
摘要
模糊PID的温度控制系统具有真正的智能化和灵活性，越来越多的温度控制系统都基于模糊PID算法而设计。为了提高对复杂系统的控制性能，要使用模糊PID温度控制器。本文设计了一种基于模糊PID的温度控制系统，首先介绍了模糊PID控制理论基础、然后对电阻炉温度这一控制对象，选择了纯PID控制、纯模糊控制和参数模糊自整定PID控制三种控制方案，并给出了仿真与比较。
关键词：模糊控制、PID控制、Matlab仿真
0 引言
温度是生产过程和科学实验中非常普遍而又十分重要的物理参数。在工业生产过程中，为了高效地进行生产，必须对生产工艺过程中的主要参数，如温度、压力、流量、速度等进行有效的控制，其中温度控制在生产过程中占有相当大的比例。准确地测量和有效地控制温度是优质、高产、低耗和安全生产的重要条件。而且在我们的日常生活中也使用微波炉、电阻炉、电热水器、空调等家用电器，温度与我们息息相关。可见温度控制电路广泛应用于社会生活的各个领域，所以对温度进行控制是非常有必要和有意义的。
由于温度自身的一些特点，如惯性大、滞后现象严重、难以建立精确的数学模型等使控制系统性能不佳。在关于温度控制的绝大部分文献资料中，控制结果都是有超调的而且很多时候超调量较大，本论文是基于这一特点，研究一种控制方案使其调节时间快，稳态误差也非常小的理想效果。
1 PID控制以及模糊PID控制 1.1 PID控制
PID控制是偏差比例(P)、偏差积分(I)、偏差微分(D)控制的简称。在模拟控制系统中，常规模拟PID控制系统原理框图如图1.1所示。系统由模拟PID控制(虚框内部分)和被控对象组成。
1
积分 被控对象 比例 -
图1.1 模拟PID控制器系统框图 微分 PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值r (t)与实际输出值y (t)构成偏差:
e(t)?r(t)?y(t)
将偏差比例、积分和微分控制，通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制器。其控制规律为
u(t)?KP[e(t)?其传递函数形式为:
G(S)?U(S)E(S)?KP(1?1TIS?TD1TIt?e(t)dt?TD0de(t)dt]
S)
式中： KP----为比例系数；TI-----为积分时间常数；TD-----为微分时间常数
1.2 模糊PID控制
常规的二维模糊控制器是以偏差和偏差变化作为输入变量，因此，一般认为这种控制器具有Fuzzy比例和微分控制作用，而缺少Fuzzy积分控制作用，众所周知，在线性控制理论中，积分控制作用能消除稳态误差，但动态响应慢；比例控制作用动态响应快；而比例积分控制作用既能获得较高的稳态精度，又能具有较快的动态响应。故把PI(PID)控制策略引入模糊控制器，构成Fuzzy-PI(或PID)复合控制，使动静态性能都得到很好的改善，即达到动态响应快，超调小、稳态误差小。模糊控制和PID控制结合的形式有多种:
(1)模糊-PID复合控制
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