模糊PID控制算法

1、模糊PID控制算法在带式淬火炉温度控制系统中的应用与设计系部:电气与电子工程学院专业班级:自动化0201班学生姓名:刘璇指导教师:潘健副教授摘要:本课题针对仙居英达制针有限公司热处理炉温度控制系统,完成了基于研华亚当4000系列模块的网带式淬火炉温度控制系统设计。论文重点比较了PID控制和模糊控制的异同,将模糊理论的知识表达容易和PID控制精度高这两种优势结合起来,解决了传统模糊控制由于隶属度函数和模糊规则选取不当造成的控制精度不高和PID很难建立系统的精确数学模型的缺陷。针对植绒针淬火工艺要求,提出了模糊自整定PID控制。热处理炉温度控制系统软件采用亚控组态王编写,在此基础上,利用1200W

2、圆盘型电炉在实验室完成了基于PID 的控制实验,获取了实验曲线和实验数据,控制精度±3。关键词:模糊PID、温度控制、淬火炉Fuzzy PID control algorithms in hardening furnace temperature controlsystem applications and designAbstract:Completion of hardening furnace control system design aimed at the heat treatment furnace temperature control system of the X

3、ianjuyingda Limited, based on Adam 4000 serise modules of the Yanhua company. Low control precision and difficulty to establish the system the precise mathematical model with PID are the issues of traditional fuzzy control. They are caused by inadequate selection of degree of dependence function and

4、 fuzzy rule. The paper emphasizes similarities and differences between the PID control and the fuzzy control, combined the advantages of easily expressed fuzzy control knowledge and high control precision to solve the issues addressed above. It also raised fuzzy PID control, which aimed at craft req

5、uirements of Zhirong needle.Heat treatment furnace temperature control system is programmed using Zutai Wang Asia. Laboratory-based PID control experiments was completed on the basis of using 1200W disk-type stoves.It obtained experimental curve, experimental data, and control precision ±3.Key

6、words :Fuzzy PID control, hardening furnace, temperature control1.内容简介淬火炉温度控制的主要问题是:它是一个特性参数随炉温变化而变化的被控对象,炉温控制具有升温单向性、大惯性、大滞后、时变性的特点。例如,其升温单向性是由于淬火炉的升温保温是依靠电阻丝加热,降温则是依靠环境自然冷却,当其温度一旦超调就很难用控制手段使其降温,因而很难用数学方法建立精确的模型和确定参数。根据控制对象的这一特点,比较PID控制、模糊控制和模糊PID控制这三种控制策略发现,常规PID(比例,积分,微分控制具有简单、稳定性好、可靠性高的特点,而且PID调

7、节规律对相当多的工业控制对象,特别是对于线性定常系统的控制是非常有效的,一般都能够得到比较满意的控制效果,其调节过程的品质取决于PID控制器各个参数的整定。但是,常规的PID控制存在一些问题。首先,常规PID控制器不能在线整定参数;并且,常规PID控制器对于非线性、时变的系统和模型不清楚的系统就不能很好的控制,其PID参数不是整定困难就是根本无法整定,因此不能得到预期的控制效果。简单模糊控制由于不具有积分环节,因而在模糊控制的系统中又很难消除稳态误差,而且在变量分级不够多的情况下,常常在平衡点附近会有小的振荡现象。但模糊控制器对复杂的和模型不清楚的系统都能进行简单而有效的控制,所以如果把两者结

8、合起来,就可以构成兼有着两者优点的模糊PID(Fuzzy-PID控制器。所以,针对被控对象的特性选择利用模糊控制器来给PID控制器在线自整定(或自校正,自调整PID 参数,组成模糊自整定(或自调整参数PID控制器的控制策略。硬件框架结构分主工控机,ADAM4018+,ADAM4520,ADAM4024,ZK A-1可控硅电压调整器,双向可控硅六部分。以工控机为控制系统的核心,将所有模块连成一个完整的系统。如图1所示。 图1控制系统结构框图综合比较最常用的系统软件,选用组态王6.5实现对整个系统的监控。根据系统的硬件设计,笔者应用圆盘型电阻炉作了实验,实验得出系统的飞升曲线,可以得出系统的传递函

9、数,另外还作了基于PID控制的实验,也得到了控制曲线。可以看出PID控制的误差较大达±3,所以PID控制效果并不理想。2.设计思想本课题的主要内容是针对仙居英达制针有限公司热处理炉温度控制系统,设计了网带式淬火炉温度控制系统,考虑到被控对象是一类十分典型的大时滞对象,采用传统的控制方法难以取得令人满意的控制效果,提出了模糊自整定PID控制。由于热处理炉温度系统控制回路数有16个,有多种工艺曲线,工艺要求复杂,还要求记录和打印生产中的一些关键数据和温度曲线。市场上购买的控制器,通常只能对单回路进行控制,这样就需要多个控制器,性能价格比不高。此外,一般的控制器不能满足多种复杂工艺曲线的要求,综合考虑各种因素,我们决定硬件选用研华公司亚当4000系列模块设计出温度控制系统的结构。3.结论本文不仅设计了控制算法,还设计了系统的硬件结构,根据温度控制系统的设计笔者还在实验室里进行了模拟试验,效果是好的,但是遗憾的是由于时间的关系只是对PID控制算法在系统中的应用做了实验,而模糊PID控制算法未能进行实验,所以模糊PID控制算法的控制效果还有待进一步的研究。参考文献1诸静等.模糊控制理论与系统原理M.机械工业出版社, 2005.8.2张健民等.智能控制原理及应用M.冶金工业出版社,2003.2.3张华光,孟祥萍.智能控制基础理论及应用M.机械