基于模糊PID控制的电锅炉温度控制系统的研究

雩风三日

基于模糊PID控制的电锅炉温度控制系统的研究
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    温度控制在工业控制中一直是富有新意的课题，对于不同的控制对象，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、调节时间短且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，本文利用了Ziegler-Nichols, Chien-Hrones和人工整定方法对其参数进行整定。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。
) _3 z4 M  @7 w: ?    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参数凡、KZ和Ka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。
    在分析电锅炉供暖系统对控制器要求的基础上，研制了以PIC16F877A单片机为核心部件的温度智能控制器，实现了温度的采集与控制、超限报警等各种功能。在进行硬件电路设计的同时，也进行了相应软件设计，并将本文所提出的模糊PID算法引入到软件设计中，给出了主程序流程图、模糊PID算法工作流程图和温度采集流程图等。
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) d3 s5 R6 ]0 [- X0 R' [" l# I3 L关键词：温度控制;模糊PID控制;参数整定;仿真
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