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《基于模糊PID控制的电锅炉温度控制系统的研究》篇一一、引言电锅炉温度控制系统作为工业生产、生活供暖等重要环节，其精确度和稳定性对于能源的有效利用及环境的舒适性有着重大影响。
传统的PID控制策略虽然能够在大多数情况下取得较好的控制效果，但面对非线性、时变、大时滞的电锅炉系统，其参数调整困难、抗干扰能力弱等问题日益突出。
为此，本文提出了一种基于模糊PID控制的电锅炉温度控制系统，旨在提高系统的响应速度和稳定性。
二、电锅炉温度控制系统概述电锅炉温度控制系统主要通过传感器检测锅炉内部温度，与设定温度进行比较后，通过控制器调整电锅炉的加热功率，实现对温度的精确控制。
由于系统存在非线性、时变等特性，传统的PID控制难以达到理想的控制效果。
因此，需要研究新的控制策略以提高系统的性能。
三、模糊PID控制策略研究模糊PID控制策略结合了模糊控制和PID控制的优点，通过引入模糊逻辑对PID参数进行在线调整，从而适应系统的非线性和时变性。
具体来说，该策略首先通过模糊推理系统对系统误差和误差变化率进行模糊化处理，然后根据模糊规则调整PID的三个参数（比例系数、积分系数和微分系数），最后通过解模糊化得到新的参数值。
四、电锅炉温度控制系统设计在电锅炉温度控制系统中，我们采用了基于模糊PID控制的策略。
首先，我们设计了模糊控制器，通过分析系统误差和误差变化率，得到合适的PID参数调整量。
然后，我们将模糊控制器与PID控制器相结合，形成模糊PID控制器。
该控制器能够根据系统的实时状态，自动调整PID参数，实现对电锅炉温度的精确控制。
五、系统实现与性能分析在电锅炉温度控制系统中实现了基于模糊PID控制的策略后，我们进行了性能测试。
测试结果表明，该系统具有以下优点：1. 响应速度快：系统能够在短时间内达到设定温度，并保持稳定。
2. 稳定性好：系统能够有效地抑制外界干扰，保持温度的稳定。
3. 抗干扰能力强：系统对参数变化和外界干扰具有较强的抵抗能力，能够保持稳定的控制效果。
基于模糊PID的电阻炉温度控制器的设计与仿真研究摘要电阻炉是一种具有纯滞后的大惯性系统，开关炉门、加热材料、环境温度以及电网电压等都影响控制过程，传统的加热炉控制系统大多建立在一定的模型基础上，难以保证加热工艺要求。
因此本文将模糊控制算法引入传统的加热炉控制系统构成智能模糊控制系统，利用模糊控制规则自适应地在线对PID参数进行修改，借此提高其控制效果。
本文首先采用机理分析法对电阻炉正常工作时的温度对象进行分析，从理论上建立电阻炉被控对象的数学模型。
其次文中设计了三种控制系统。
一种是PID控制系统,一种是纯模糊控制系统，还有一种是模糊PID控制系统。
本文分析研究了常规PID控制方案、模糊控制方案，并分别对电阻炉PID控制系统、纯模糊控制系统进行仿真分析。
结果表明PID控制系统超调量太大，模糊控制系统虽然能有效减少超调量，但稳态误差较大。
针对PID控制和模糊控制的优缺点，设计了基于模糊自适应PID的电阻炉温度控制器。
模糊自整定PID控制是在一般PID控制系统的基础上，加上一个模糊控制规则环节，利用模糊控制规则在线对PID参数进行修改的一种自适应控制系统。
对电阻炉的模糊自适应PID 控制系统进行仿真分析，结果表明模糊自适应PID控制可实现调节时问短、超凋量小、稳态误差在±l℃内的性能指标，并对该控制方案的抗干扰性，鲁棒性进行了仿真分析，进一步验证了该控制方案是一种较为理想的智能型控制方案。
关键词：电阻炉，仿真，PID控制，模糊控制，模糊自适应PID控制Based on Fuzzy PID Resistance Furnace Temperature Controller Design and SimulationABSTRACTResistance furnace has pure lag and larger inertia. There are many factors which affect controlling process, such as opening and closing furnace door, heated metal material, surrounding temperature and wire power. In tradition, heating furnace controlling system is most based on some model, which can’t achieve heating process request. So this paper try in draught fuzzy controlling arithmetic into traditional heating furnace controlling system to form brainpower fuzzy control system. It makes using of fuzzy control rule to self-tuning PID parameters on line, and improving its control effect.This paper adopted the main research contents of resistance furnace mechanism analysis on the normal temperature object when analyzed theoretically establish resistance furnace, the mathematical model of the controlled object. This paper designs the three control system. One is the PID control system; One is pure fuzzy control system, the other is the fuzzy PID control system. The paper studies the conventional PID control scheme, the fuzzy control scheme, and to resistance furnace respectively the PID control system, pure fuzzy control system simulation analysis. Results show that the PID control system overshoots too big, fuzzy control system, while can effectively reduce overshoot meal, but the steady-state error is bigger. Aimed at the PID control and fuzzy control, design the advantages and disadvantages of based on fuzzy adaptive PID resistance furnace temperature controller. to the resistance furnace fuzzy adaptive PID control system simulation analysis, and the results show that the fuzzy adaptive PID control can be realized when asked short, ultra adjust remains in small amount and steady-state error of plus or minus l within±l℃, and the performance of the control scheme, anti-jamming robustness simulation analysis, further verified this control scheme is an ideal intelligent control scheme.KEY WORDS: resistance furnace，stimulation，PID control，fuzzy control，fuzzy self-tuning PID control目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (III)1绪论 (1)1.1课题背景及意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.3本文的研究内容 (2)2自动控制技术的发展及电阻炉温的数学模型 (3)2.1自动控制技术的发展 (3)2.1.1自动控制技术及应用 (3)2.1.2过程控制的发展 (4)2.1.3传统控制方法 (4)2.1.4智能控制 (5)2.2电阻炉温的数学模型 (6)3 PID控制系统 (8)3.1 PID控制的基本理论 (8)3.2 各个参数对PID控制效果的影响 (8)3.3 PID控制器的仿真研究 (9)4 模糊控制系统 (11)4.1模糊控制的起源 (11)4.2 模糊控制的基本理论 (11)4.3 模糊控制器的设计 (12)4.3.1模糊控制器的结构选择 (13)4.3.2 精确量的模糊化 (14)4.3.3 建立模糊控制规则或控制算法 (15)4.3.4 模糊推理 (15)4.3.5 反模糊化 (16)4.3.6 模糊控制表的制定 (16)4.4 模糊控制器的仿真研究 (17)5 模糊PID控制系统 (21)5.1模糊PID控制器的原理 (21)IV5.2 电阻炉温度的模糊PID控制器的设计 (22)5.3模糊自适应PID控制器的仿真研究 (25)5.4与传统PID控制和模糊控制的仿真比较 (28)结论 (30)致谢 (31)参考文献 (32)基于模糊PID的电阻炉温度控制器的设计与仿真研究 11绪论1.1课题背景及意义从20世纪20年代开始，随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，电阻炉已经得到了广泛的应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。
基于模糊-PID的电阻炉温度控制系统的研究的开题
报告
一、研究背景和意义
电阻炉在工业生产过程中广泛用于熔炼、加热和烘干等工艺，温度
控制是保证电阻炉正常运行和产品质量稳定的重要因素之一。
传统的PID 控制器常常难以满足电阻炉温度控制的要求，尤其是在控制精度、响应
速度和稳定性等方面存在一定的局限性。
模糊控制是一种基于模糊数学理论的先进控制方法，它可以用于处
理具有模糊性的系统，对于电阻炉的温度控制具有很好的应用前景。
本
研究旨在利用模糊控制的思想，设计一种基于模糊-PID的电阻炉温度控
制系统，提高系统的控制精度和响应速度，使其具有更好的稳定性和自
适应性。
二、研究内容和方法
1. 建立电阻炉温度控制数学模型，分析系统的动态特性和控制要求；
2. 设计基于模糊控制的温度控制系统，包括模糊控制器和PID控制
器的结合；
3. 分析模糊控制参数的选择和调试方法，提高控制系统的稳定性和
自适应性；
4. 搭建电阻炉温度控制系统的实验平台，进行控制算法的实验验证
和性能评估；
5. 最终实现一个基于模糊-PID的电阻炉温度控制系统原型，并对其进行实际应用测试。
三、预期成果和意义
1. 设计一种基于模糊-PID的电阻炉温度控制系统，提高系统的控制精度和响应速度，使其具有更好的稳定性和自适应性；
2. 针对电阻炉温度控制这一特殊需求，探索并验证了一种新的控制思路和方法，为电阻炉温度控制技术的进一步研究和发展提供了新的思路和参考；
3. 实现了一个基于模糊-PID的电阻炉温度控制系统原型，为实际生产过程中的应用提供了可靠的技术支持和实用化解决方案。
目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Keywords (1)引言 (1)1炉温控制系统结构及工作原理 (2)2模糊控制器的设计 (3)2.1输入、输出的模糊化 (3)2.2模糊控制规则 (4)2.3模糊推理 (5)2.4模糊判决 (5)2.5数字PID算法 (5)3利用MATLAB模糊逻辑工具箱设计模糊控制器过程 (6)3.1利用MATLAB模糊推理工具箱编辑模糊控制器过程 (6)3.1.1编辑模糊变量及变量的隶属度函数 (6)3.1.2编辑输入、输出变量的隶属函数 (6)3.1.3编辑模糊控制规则 (6)3.1.4模糊控制的生成 (7)3.2仿真模型的建立 (7)3.2.1对仿真结构图进行说明 (7)3.2.2注意仿真前，先进行部分设置 (8)3.3仿真结果 (8)4MATLAB与VC++的混合编程介绍 (9)5温控制系统软件的介绍 (11)5.1软件实现功能 (11)5.2界面简介 (11)6模糊PID控制ActiveX控件的编制 (12)致谢 (13)参考文献 (13)附录A (13)基于模糊PID控制的电阻炉温度控制系统摘要：电阻炉是一个特性参数随炉温变化而变化的被控对象，炉温控制具有大惯性、大滞后、时变性的特点。
传统PID难以达到较高要求，故本文应用一种参数自适应模糊PID 控制方法，根据系统误差E和误差变化率EC对参数的要求在线整定PID参数KP、KI、KD。
在用SIMULINK仿真过程中，该控制器比常规PID具有良好的动、静态特性。
简介了Matlab与Visual C++联合编程技术,采用Matlab与Visual C++联合编程和ActivcX技术将模糊PID控制ActivcX控件嵌入VC控制系统中，可使炉温准确快速地跟随设定值。
另外，该系统可实时直观显示温度值和炉内加热电压值。
关键词：电阻炉温度控制系统 ; 自适应 ; 混合编程 ; ActiveXThe Application of Fuzzy-PID inTemperature Control of Electric Resistance FurnaceStudent majoring in Automation Zhao LiTutor Shi XunwenAbstract：As the model parameters of resistance furnace vary with temperature , it show some character of big inertial，pure delay and inconstancy. The traditional method can't meet the higher technological requirements. Therefore，this paper applies a Parameter Self-tuning Fuzzy PID Controller's method to rectify the parameters of PID controller online to meet the command in the case with variational error and its variance ratio .Based on the simulink, a powerful simulation platform, the practice proves that the method has better steady accuracy and tracking performance than the traditional.The ActivcX along with the union programming technology of Matlab and Visual C++ was introduced and be used to realized the Fuzzy-PID controller, which can make the initial temperature of electric resistance furnace followed by current temperature quickly and exactly. Therefore, the temperature and voltage are also applied in the control system pane.Key words:Temperature Control system of Electric Resistance Furnace; self-adaptation; union programming ; ActiveX引言PID控制具有结构简单、稳定性能好、可靠性高等优点，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。
基于模糊PID控制的锅炉炉温系统的设计(一)近年来，随着工业生产的不断发展和进步，越来越多的企业开始采用自动化系统进行生产管理，其中锅炉炉温系统更是其中的重要组成部分。
传统的PID控制方法带有较大的误差，无法精准地控制温度，因此近年来基于模糊PID控制的炉温控制系统备受关注。
本文主要介绍基于模糊PID控制的锅炉炉温系统的设计。
一、炉温控制系统结构设计1.硬件方案设计将炉温控制系统分为三个部分：输入，处理和输出。
输入部分为传感器测量的实际炉温，处理部分为模糊PID控制器，输出部分为执行器控制给燃料增加或减少。
2.软件方案设计使用模糊PID控制器作为处理部分，采用模糊推理对控制量进行处理，实现对炉温的实时控制。
二、模糊PID控制详解1.模糊集合及模糊规则使用隶属度函数描述不同温度下炉温的模糊集合，例如：温度为"寒冷"，"凉爽"，"温暖"，"炙热"等。
同时，定义规则，将输入变量和输出变量进行相关联，例如：当实际温度为“寒冷”且误差为“负大”，则控制器输出“大电流”。
2.模糊推理过程模糊推理过程是指根据模糊集合和规则进行模糊推论，得出控制量。
推理过程采用模糊逻辑运算，使用"并"、"或"、"非"等运算符进行表达，以得到最终的控制信号。
3.模糊PID控制器参数设计使用实验测量方法获取系统响应曲线，通过最小二乘法计算出比例系数、积分系数和微分系数，以确定PID控制器参数。
三、实验结果分析通过实验测量，得到模糊PID控制器的响应曲线，与传统PID控制器进行对比，结果表明基于模糊PID控制的锅炉炉温系统控制效果更好，误差更小、响应速度更快。
总之，基于模糊PID控制的锅炉炉温系统设计能够有效地改善传统PID 控制的炉温控制方式，精准控制锅炉炉温，同时适应于复杂的工业生产过程，具有广泛的实际应用价值。
基于模糊PID控制的电锅炉温度控制系统的研究摘要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。
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参数称、凡和凡的在线整定。
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。
Research on Fuzzy PID Control System ofTe m pe raturef orE lectricB oilerAbstractTem p er aturec ontroli sa t opicf ullo fn ew meaningsi n industry,to diferentcontrol object, there are diferent methods and modes. But it is dificult to control well because of characteristics of the temperature itself, such as its great inertia, serioust ime-laga ndt hed ifficulty toe stablisha na ccuratem athematicalm odelo fth e object. A duty in this thesis is to study a kind of appropriate control method to the temperatureo fth ee lectricb oiler.It s'te chnologyr equirementsa er:re gulatingt ime mustb es hort,o vershootm ustb es malla ndt hec ontrolsy stem mustb es table.Th em e thodo ft hee lectricb oilerc ontrolis s tudiedd eeply byt het hesis.T hefirstis P IDc ontrol.P rincipleo fte mperatureP IDc ontrolleris t oc ontrolth eo bjectby the linear combination of temperature deviation's proportional, integral and derivative.Th ec ontrolke yi sth ep arametera djustment.T hep arameteris a djustedb y methods of Ziegler-Nichols, Chien-Hrones and artifical tuning in this thesis. The secondm ethodi sfu zzyc ontrol.T hef uzzyc ontrolth eoryi sst udieda ndt hee lectric boiler fuzzy controller structure is determined. The fuzzy control rule table isestablished through analysing the characteristic of the electric boiler temperature inthe thesis.In t hi st h esis,th eP ID controls ystem andf uzzyc ontrolsy stem ares imulatedb y using Simulink and fuzzy logic tools in MATLAB. Experimental results illustratethat the PID control is used in the system, regulating time and overshoot always can not achieve the specification .When fuzzy control is used, regulating time and overshoota lwaysc ana chievest hes pecification,b uts ystem causes teady-statee ror. So it comes to a new method of combining them together. The patameters of耳，Kand Kd are adjust by fuzzy inference. Experimental results illustrate that the fuzzy PID parameters controller achieved the system performance index. The method offuzzy PID control is a ideal method.In t hi sth esis,ba singo nt her equesto fth ee lectricb oilerh eatings ystemt ot he controller, a temperature controller of the electric boiler is designed, in which the目录第1章绪论 (3)1.1课题的提出与意义 (3)1.2工业控制的发展概况 (3)1.3传统控制方法的缺陷 (4)1.4智能控制方法概述 (4)1.4.1智能控制方法的起源、发展和分类 (4)1.4.2智能控制方法的特点 (5)1.5论文的主要研究内容 (6)第2章被控对象及控制策略研究 (6)2.1被控对象及其原有控制方案 (6)2.1.1被控对象分析 (6)2.1.2原有控制方案 (7)2.2控制策略研究 (8)2.2.IPID控制基本理论 (8)2.2.2设计PID控制器时注意事项 (10)2.3模糊控制理论 (11)2.3.1模糊控制的基本思想 (11)2.3.2模糊控制系统的组成及结构分析 (11)2.3.3模糊控制算法的实现 (14)2.3.4模糊控制方法的进展 (15)2.4本章小结 (16)第3章控制系统特性及仿真研究 (17)3.1电锅炉温度控制系统特性 (17)3.2仿真工具 (18)3.2.1 MATLAB简介 (18)3.2.2 Simulink开发环境和模糊逻辑工具箱 (18)3.3控制系统仿真研究 (20)3.3.1 PID控制器设计 (20)3.3．2 PID参数的整定 (21)3.4模糊控制器设计及模糊推理方法 (26)3.4.1模糊控制器的结构 (26)3.4.2温控系统的模糊控制器设计 (27)3.5.2控制系统参数自整定模糊PID控制 (32)3.6控制系统方案选择 (35)3.7本章小结 (35)结论 (36)参考文献 (36)致谢 (38)第1章绪论1.1课题的提出与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普遍而且重要的物理参数之一。
《基于模糊PID控制的电锅炉温度控制系统的研究》篇一一、引言随着科技的发展，电锅炉作为现代供暖设备的重要组成部分，其控制系统的性能直接影响着供暖的效率和舒适度。
温度控制系统作为电锅炉的核心部分，其稳定性和准确性是保证电锅炉正常工作的关键。
传统的PID控制算法在电锅炉温度控制中已得到广泛应用，然而在某些非线性、时变性的复杂环境中，传统PID控制算法的控制效果并不理想。
因此，本研究将模糊控制理论与PID控制算法相结合，提出了一种基于模糊PID控制的电锅炉温度控制系统，以提高电锅炉的温控性能。
二、系统构成与工作原理本研究所提出的电锅炉温度控制系统主要由模糊PID控制器、电锅炉本体、温度传感器等部分组成。
其中，模糊PID控制器是本系统的核心部分，负责接收温度传感器的反馈信号，并根据预设的温度值对电锅炉进行控制。
系统的工作原理如下：首先，温度传感器实时检测电锅炉的水温，并将检测结果反馈给模糊PID控制器。
模糊PID控制器根据预设的温度值与实际温度值的差异，计算出控制量，并通过调节电锅炉的功率，实现对水温的精确控制。
三、模糊PID控制算法研究模糊PID控制算法是将模糊控制和PID控制相结合的一种控制算法。
该算法通过引入模糊控制理论，对传统PID控制算法进行优化，提高了系统的适应性和鲁棒性。
在模糊PID控制算法中，首先需要建立模糊规则库，包括输入变量的模糊化、输出变量的去模糊化以及模糊规则的制定等。
然后，根据实际温度值与预设温度值的差异，以及温差的变化率等参数，通过模糊推理机制计算出相应的控制量。
最后，将计算出的控制量作用于电锅炉，实现对水温的精确控制。
四、实验研究与结果分析为了验证基于模糊PID控制的电锅炉温度控制系统的性能，本研究进行了大量的实验研究。
实验结果表明，与传统的PID控制算法相比，基于模糊PID控制的电锅炉温度控制系统具有更好的稳定性和准确性。
在非线性、时变性的复杂环境中，该系统能够快速响应温度变化，实现对水温的精确控制。
基于模糊pid控制的电阻炉炉温系统的研究
电阻炉炉温系统是一种常用于工业生产中的加热设备，其用途广泛。
为了使炉温能够保持在所需的设定值附近，需要对电阻炉进行控制。
传统的PID控制器在控制电阻炉炉温时可能存
在一些问题，如参数调节困难、系统的非线性等。
因此，研究基于模糊PID控制的电阻炉炉温系统具有重要意义。
模糊控制是一种通过建立模糊规则来实现控制的方法，它可以处理系统的非线性以及复杂的控制任务。
模糊PID控制器将PID控制器与模糊控制相结合，能够克服传统PID控制在非线性系统控制中的一些问题。
基于模糊PID控制的电阻炉炉温系统的研究主要包括以下几
个方面：
1. 建立电阻炉炉温系统模型：通过分析电阻炉的热传导过程和控制机理，建立电阻炉炉温系统的数学模型，包括炉温和控制输入之间的关系。
2. 设计模糊PID控制器：根据电阻炉炉温系统的特点和要求，设计模糊PID控制器的结构和参数，并确定模糊规则的形式
和数量。
3. 模糊推理和模糊调节：利用模糊推理机制将系统的输入和输出转化为模糊集合，并通过模糊调节来实现控制器的参数调节。
4. 系统仿真与实验：通过在仿真环境下对电阻炉炉温系统进行
模拟实验，验证模糊PID控制器的性能和稳定性。
然后，可以进行实际的试验验证来进一步验证控制器的效果和鲁棒性。
通过对电阻炉炉温系统进行基于模糊PID控制的研究，可以提高电阻炉炉温控制的性能和稳定性，使其能够更好地适应工业生产的需求。
同时，该研究还可以为其他非线性系统的控制提供参考和借鉴。
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1 绪论 (1)1.1课题的提出和意义 (1)1.2 温度控制系统控制方案 (1)1.3 本文的工作 (4)2 模糊PID控制 (5)2.1 常规PID控制 (5)2.2模糊控制 (9)2.3 模糊PID控制 (13)3 电阻炉温度控制系统的模糊PID设计 (16)3.1 电阻炉系统数学模型的建立 (16)3.2 电阻炉模糊控制器的建立 (18)3.3 电阻炉模糊PID控制器设计 (20)4 仿真研究与比较 (28)4.1PID控制 (28)4.2 电阻炉模糊控制 (29)4.3 电阻炉模糊PID控制 (29)4.4 比较与总结 (30)5 总结与展望 (32)致谢 (33)参考文献 (34)1 绪论1.1 课题的提出和意义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。
1.2 温度控制系统控制方案计算机技术的发展极大地推动了工业控制系统的进步，而现代控制理论的发展，人工智能技术的深入研究，为控制系统的理论领域增加了新的内容。
计算机硬件与控制软件的紧密结合必然导致新型的微机控制系统的出现。
温度微机控制系统常用的控制方案有以下三类经典控制方案、基于现代控制理论的设计方案和智能控制方案。
第一类: 经典控制方案经典控制方案可分为数字控制器的间接设计方案和数字控制器的直接设计方案。
数字控制器的间接设计方案是一种根据模拟设计方案转换而来的设计方案。
传统模拟系统中的控制器设计己有一套成熟的方法，其中以PID控制器为代表。
PID控制器具有原理简单、易于实现、适用范围广等优点。
将模拟控制器转换成数字控制器是用离散时近似方法将一连续时间系统的控制规律离散为数字控制器的控制规律，其中为确保数字控制器与模拟控制器的近似，要适当选择采样周期。
第二类: 基于现代控制理论的设计方案现代控制理论以线性代数和微分方程为主要的数学工具，以状态空间法为基础来分析和设计控制系统。
状态空间法本质上是一种时域的方法，它不仅描述了系统的外部特性，而且描述和提示了系统的内部状态和性能。
基于现代控制理论的设计方案是建立在对系统内部模型的描述之上的。
它是通过数学方法对控制系统进行分析综合。
控制规律的确定是通过极小化预先确定的性能指标函数或使控制系统满足希望的响应而推导出来的。
此类设计方案主要有:系统辨识、最优控制、自校正控制等。
这类设计方案适用范围广，适合于多输入多输出系统、某些非线性时变系统和一些具有随机扰动的系统。
该方法理论严谨，控制系统的稳定性问题可以严格证明，性能指标能定量分析，得到的控制品质较好。
但这类方法需要知道精确的被控对象的数学模型形式。
第三类: 智能控制方案智能控制方案是一类无需人的干预就能够针对控制对象的状态自动地调节控制规律以实现控制目标的控制策略。
它避开了建立精确的数学模型和用常规控制理论进行定量计算与分析的困难性。
它实质仁是一种无模型控制方案，即在不需要知道对象精确模型的情况下，通过自身的调节作用，使实际响应曲线逼近理想响应曲线。
智能控制系统有以下一些特点(1)智能控制系统一般具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模型表示的混合控制过程。
它适用于含有复杂性、不完全性、模糊性、不确定性和不存在己知算法的生产过程。
(2)智能控制具有信息处理和决策机构，它实际上是对人神经结构或专家决策机构的一种模仿。
(3)智能控制器具有非线性。
这是因为人的思维具有非线性，作为模仿人的思维进行决策的智能控制也具有非线性的特点。
(4)智能控制器具有变结构的特点。
(5)智能控制器具有总体自寻优的特点。
智能控制方案主要包括模糊控制、神经网络和遗传算法控制等。
常用的温度控制电路根据应用场合和要求的性能指标有所不同。
除了传统的PID控制方法，近几年来快速发展的是将模糊控制、神经网络、遗传算法等智能控制方法应用于温控系统，包括智能控制与PID控制相结合及这些智能控制之间的结合。
具体有如下一些方法:(1)模糊控制模糊控制是基于模糊逻辑的描述一个过程的控制算法，它不需要被控对象的精确模型，仅依赖于操作人员的经验和直觉判断，容易应用。
模糊温控的实现过程为:①将温控对象的偏差和偏差率以及输出量划分为不同的模糊值，建立规则，将这些模糊规则写成模糊条件语句，形成模糊模型。
②根据模糊查询表，形成模糊控制算法。
③对输入量的精确值模糊化，经数学处理输入计算机，计算机由模糊规则推理做出模糊决策，求出相应的控制量，变成精确值去驱动执行机构，调整输入，达到调节温度，使其稳定的目的。
(2)神经网络与PID的结合神经网络是一种采用数理模型的方法模拟生物神经细胞结构及对信息的记忆和处理而构成的信息处理方法。
人工神经网络以其高度的非线性映射、自组织、自学习和联想记忆等功能，可对复杂的非线性系统建模。
该方法响应速度快，抗千扰能力强、算法简单，且易于用硬件和软件实现。
在温度控制系统中，将温度的影响因素作为网络的输入，将其输出作为PID控制器的参数，以实验数据作为样本，在微机上反复迭代，自我完善与修正，直至系统收敛，得到网络权值，达到自整定PID控制器参数的目的，也就是神经网络整定PID参数的方法。
(4)模糊控制与PID的结合具体结合形式有多种，主要是Fuzzy-PID复合控制和模糊整定PID参数的方法。
①Fuzzy-PID复合控制:当偏差较大时采用模糊控制，响应速度快，动态性能好；偏差较小时采用PID控制，使具有好的静态性能。
是一种模糊控制和PID控制的分阶段切换控制方法。
②模糊整定PID参数的方法:根据偏差和偏差变化率，由模糊推理来调整PID参数，也就是一种以模糊规则调节PID参数的自适应控制方法。
(5)模糊控制与神经网络的结合模糊控制所基于的经验不易获得，一成不变的控制规则也很难适应不同被控对象的要求。
所以应使模糊控制向着自适应的方向发展。
基于这样的要求，可以利用神经网络的来修正偏差和偏差变化率的比例系数，达到优化模糊控制器的作用，从而进一步改进实时控制的效果，有强的鲁棒性和适应能力。
神经网络和模糊控制都属于智能控制方法，它们与PID控制结合，适应温控系统非线性、干扰多、大滞后、时变等特点。
模糊控制特别适应于大惯性和纯滞后的系统，无须知道系统的精确信息。
1.3 本文的工作基于以上所述日前国内外的温控方法的各自特点，以及温度这一物理参数变化缓慢，大惯性和大滞后的特点，本论文考虑采用模糊控制与PID控制相结合的参数模糊自整定PID控制方法。
本文首先介绍常规PID控制，模糊控制和自适应模糊PID控制的基础，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。
2 模糊PID 控制基础2.1 常规PID 控制2.1.1 模拟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2.1所示。
系统由模拟PID 控制(虚框内部分)和被控对象组成。
图2.1 模拟PID 控制器系统框图 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:)t (y )t (r )t (e -= (2.1)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01()()[()()]tP D I de t u t K e t e t dt T T dt =++⎰ (2.2) 其传递函数形式为:()1()(1)()P D I U S G S K T S E S T S==++ (2.3) 式中： P K ----为比例系数；I T -----为积分时间常数；D T -----为微分时间常数1、比例控制（P ）在比例调节器中，调节器的输出信号u 与偏差信号e 成正比例，即P u K e = （2.4）其中P K 为比例系数。
比例调节即及时成比例地反映控制系统的偏差信号e ，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。
其特点是简单、快速，对于具有自平衡性的控制对象可能产生静差（自平衡性是指系统阶跃响应终值为一有限值）；而对于带有滞后的系统，可能产生振荡，系统的动态特性也随之降低]1[。
2、积分调节（I ）在积分调节中，调节器的输出信号u 的变化速度du /dt 与偏差信号e 成正比，即：01tI u edt T =⎰ （2.5） 其中：I T 称为积分时间常数可见偏差一旦产生，控制信号不断增大，偏差信号消失后，控制信号保持原值，显然，在已知I T 为常数的情况下，控制信号为常数当且仅当e=0，即对于一个带积分作用的控制器而言，如果它能够使闭环系统达到内稳，并存在一个稳定状态，则此时对设定值r 的跟踪必然是无静差的。
积分调节主要用于提高系统的抗干扰能力，消除静差，提高系统的无差度。
其特点是，它相当于滞后校正环节，因此如相位滞后，使系统的稳定性变差。
积分作用虽然可以消除静差，但不能及时克服静差，偏差信号产生后有滞后现象，使调节过程缓慢，超调量变大，并可能产生振荡。
3、微分调节（D ）在微分调节器中，调节器的输出u 与被调量或其偏差对于时间的导数成正比，即)dtdy dt dr (T dt de T u D D -== （2.6） 可见微分作用输出只与偏差变化有关，偏差无变化就无控制信号输出，所以不能消除静差。
调节器中增加微分作用相当于使控制输出超前了D T 时间，D T 为零时，相当于没有微分作用。
