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基于PID电加热炉温度控制系统设计摘要基于PID电加热炉温度控制系统以PID控制为核心，硬件方面包括电源部分、采样测量部分、驱动执行部分。
PID控制不仅适用于数学模型已知的控制系统中，而且对于大多数数学模型难以确定的工业过程也可应用，在众多工业过程控制中取得了满意的应用效果。
PID 控制又分为位置式PID 控制和增量式PID 控制，公式4 给出了控制量的全部大小，所以称之为全量式或者位置式控制；如果计算机只对相邻的两次作计算，只考虑在前一次基础上，计算机输出量的大小变化，而不是全部输出信息的计算，这种控制叫做增量式PID 控制算法。
控制系统的软件主要包括：采样、标度变换、控制计算、控制输出、中断、显示、报警、调节参数修改、温度设定及修改。
其中控制算法采用数字PID调节，应用增量型控制算法，并对积分项和微分项进行改进，以达到更好的控制效果。
关键字电机热炉；温度；PID1概述温度是工业对象中的很重要参数的之一。
广泛应用在冶金、化工、机械各类加热炉热、处理炉和反应炉等工业中。
电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。
对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。
PID（Proportional Integral Derivative）控制是控制工程中技术成熟、应用广泛的一种控制策略，经过长期的工程实践，已形成了一套完整的控制方法和典型的结构。
它不仅适用于数学模型已知的控制系统中，而且对于大多数数学模型难以确定的工业过程也可应用，在众多工业过程控制中取得了满意的应用效果。
在本控制对象电阻加热炉功率为800W，由220V交流电供电，采用双向可控硅进行控制。
本设计针对一个温度区进行温度控制，要求控制温度范围50~350℃，保温阶段温度控制精度为正负1度。
《基于模糊PID控制的电锅炉温度控制系统的研究》篇一一、引言电锅炉作为一种常见的供暖设备，其温度控制系统的稳定性和准确性对于保障供暖效果、提高能源利用效率以及保护设备安全具有重要意义。
传统的PID控制方法在电锅炉温度控制中已经得到了广泛应用，但仍然存在一些不足，如对参数的调整和适应环境变化的能力较弱。
因此，本文提出了一种基于模糊PID控制的电锅炉温度控制系统，旨在提高系统的控制精度和稳定性。
二、电锅炉温度控制系统的现状与挑战电锅炉温度控制系统主要通过控制加热功率来实现对水温的精确控制。
传统的PID控制方法在电锅炉温度控制中已取得了良好的效果，但在实际应用中仍面临一些挑战。
例如，系统对外部干扰的抗干扰能力较弱，且难以适应不同工况下的参数变化。
此外，传统PID控制方法对于非线性系统的控制效果也不理想。
三、模糊PID控制原理及优势模糊PID控制是一种结合了模糊控制和PID控制的混合控制方法。
它通过引入模糊逻辑对PID参数进行在线调整，从而提高系统对外部环境变化的适应能力。
相比传统PID控制方法，模糊PID控制具有以下优势：1. 适应性强：模糊PID控制能够根据实际工况对PID参数进行在线调整，具有较强的适应性和抗干扰能力。
2. 控制精度高：通过模糊逻辑对PID参数进行优化，可以提高系统的控制精度和稳定性。
3. 灵活性好：模糊逻辑的引入使得系统能够处理更为复杂的非线性问题，提高系统的灵活性。
四、基于模糊PID控制的电锅炉温度控制系统设计本文设计的基于模糊PID控制的电锅炉温度控制系统主要包括以下几个部分：1. 模糊控制器设计：根据电锅炉温度控制系统的特点，设计合适的模糊控制器。
通过分析系统误差和误差变化率，利用模糊逻辑对PID参数进行在线调整。
2. PID控制器设计：根据系统需求，设计合适的PID控制器。
通过调整比例、积分和微分系数，实现对电锅炉温度的精确控制。
3. 系统实现：将模糊控制器与PID控制器相结合，形成基于模糊PID控制的电锅炉温度控制系统。
基于模糊神经网络PID算法的电阻炉温控系统
董爱华;李梦瑶
【期刊名称】《微型电脑应用》
【年(卷),期】2013(029)012
【摘要】由于电阻炉温控系统是一个大惯性、大滞后、时变、且非线性的系统,采用传统PID控制不能解决系统的非线性、时变和PID参数的在线整定难等问题,为此提出一种控制算法—模糊神经网络PID算法.可根据电阻炉的温度的偏差及其变化率实时对PID的3个参数进行优化,达到具有最佳组合的PID控制,从而实现PID 控制的自适应和智能化性能.使用MatLab的simulink仿真,通过传统PID与模糊神经网络PID阶跃响应曲线的比较,表明系统采用模糊神经网络PID算法具有更好的动、静态特性和自适应性,对突加的外部的扰动具有良好的抗干扰能力,具有实用价值.
【总页数】3页(P44-46)
【作者】董爱华;李梦瑶
【作者单位】河南理工大学电气工程与自动化系焦作,454000;河南理工大学电气工程与自动化系焦作,454000
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.基于内模PID鲁棒控制的电阻炉炉温控制系统 [J], 张艳兵;王忠庆;鲜浩;李世伟
2.基于Fuzzy-PID的电阻炉高精度恒温控制系统的研究 [J], 刘建锋;袁赣南;周卫东;王慧
3.基于Smith-RBF-PID控制在台车式电阻炉温控系统中的应用 [J], 张星原;龙伟;万里霞;卢斌
4.基于PID的电阻炉炉温控制系统 [J], 谢铮辉;马有良;邓琥;何俊
5.基于FUZZY-PID控制的高精度电阻炉炉温控制系统的研究 [J], 廖红华;钟建伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
模糊PID温度控制毕业设计第一章绪论1.1选题背景及其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中普遍而且重要的物理参数之一。
在生产过程中，为了高效地进行生产，必须对它的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的控制。
温度控制在生产过程中占有相当大的比例，其关键在于测温和控温两方面。
温度测量是温度控制的基础，技术已经比较成熟。
由于控制对象越来越复杂，在温度控制方面，还存在着许多问题。
如何更好地提高控制性能，满足不同系统的控制要求，是目前科学研究领域的一个重要课题。
温度控制一般指对某一特定空间的温度进行控制调节，使其达到工艺过程的要求。
本文主要研究电锅炉温度控制的方法。
电锅炉是将电能转换为热能的能量转换装置［1］。
具有结构简单、无污染、自动化程度高等特点。
与传统的以煤和石化产品为燃料的锅炉相比还具有基本投资少、占地面积小、操作方便、热效率高、能量转化率高等优点。
近年来，电锅炉已成为供热采暖的主要设备。
锅炉控制作为过程控制的一个典型，动态特性具有大惯性大延迟的特点，而且伴有非线性。
目前国电热锅炉控制大都采用的是开关式控制，甚至是人工控制方法。
采用这些控制方法的系统稳定性不好，超调量大，同时对外界环境变化响应慢，实时性差。
另外，频繁的开关切换对电网产生很大的冲击，降低了系统的经济效益，减少了锅炉的使WORD版本.用年限。
因此，研究一种最佳的电锅炉控制方法，对提高系统的经济性，稳定性具有重要的意义。
1.2工业控制的发展概况工业控制的形成和发展在理论上经历了三个阶段50年代末起到70年代为第一阶段，即经典控制理论阶段，这期间既是经典控制理论应用发展的鼎盛时期，又是现代控制理论应用和发展时期；70年代至90年代为第二阶段，即现代控制理论阶段；90年代至今为第三阶段，即智能控制理论阶段[2]第一阶段：初级阶段。
它以经典控制理论为主要控制方案，采用常规气动、液动和电动仪表，对生产过程中的温度、流量、压力和液位进行控制。
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·96·2018年第13期文章编号：2095－6835（2018）13－0096－02基于模糊PID的电热炉温度智能控制系统张少杰（广东新功电器有限公司，广东潮州515700）摘要：随着科学技术的持续发展，智能化技术和设备开始向社会中的各行各业渗透，比如石化行业、电厂建设行业、机械制造行业、食品加工行业等，都会应用到温度控制系统。
基于此，将立足于现实需求，提出一种新型的控制方法，将PID与模糊控制相结合，以此来实现电热炉温度控制、节能等目标。
对电热炉温度控制系统的工作机理进行了分析，并对系统的设计与实现加以阐述，最终通过仿真分析的方式展现系统的使用效果。
关键词：模糊PID；电热炉；智能控制；温度控制系统中图分类号：TP273文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2018.13.096由于现阶段多个行业和领域中都将应用到温度控制系统，需要控制温度的对象多种多样，部分控制对象之间存在一定的差距，参数的变化幅度较大，且还存在诸多干扰因素。
在此背景下，工业热处理生产中采用了电热炉，其具有非线性、升温和保温等特征，并且通过智能控制系统使设备的控制精度得到进一步提升。
1电热炉温度智能控制系统的工作机理1.1生产过程及要求模糊PID电热炉温度智能控制系统的主要功能是对产品进行加热和烘干。
在实际加热过程中，主要通过封闭式的方式进行加热，利用PID调节气对电热炉的温度进行控制和改变，使其能够以更加适宜的温度投入到产品的生产加工工作当中。
1.2基本原理在模糊PID智能控制原理的应用中，作为典型的例子便是电热炉温度控制，具有非线性、随时间改变、升温与保温等特点，其中，升温主要是通过增加电热炉温度的方式来实现；而降温则主要是通过对电热炉温度的降低来实现。
如果电热炉的温度超出了最高或最低的界定值，则很难实现温度的改变，此时便产生了设备故障问题。
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。
引言水泥生产过程是一个理化反应过程，系统工况复杂多变，难以得到精确的数学模型。
而且随着水泥装备向大型化方向发展的需要，采用传统的控制策略难以获得满意的结果，因此需要现代控制技术运用到水泥生产过程中。
我国大力发展的新型干法窑外分解水泥生产技术就是在预热器和回转窑之间增设分解炉。
分解炉是预分解系统的核心部分，它承担了预分解窑中煤粉燃烧、气固换热和碳酸盐分解任务，使入窑生料的分解率达到90%以上，从而大大提高了回转窑单位有效容积的产量。
碳酸盐的有效分解是制约水泥质量的重要因素，而它的有效分解需要一个相对稳定的温度。
如果温度过高，会造成预热器堵塞；如果温度太低，则导致碳酸盐分解不充分，增加了回转窑的负荷，同时，使生产出来的水泥在应用中水解缓慢，严重影响建筑质量。
由此可见，分解炉的温度控制对整个预分解系统的热工分布和热工温度的稳定至关重要。
分解炉的温度是一大滞后、大慢性、非线形的复杂控制对象，影响的它的因素有很多，并且各个因素之间存在耦合。
目前，许多水泥生产厂还是借鉴现场操作人员的经验，通过人工调节来获得满意的分解炉温度。
生产效率低、能耗高、质量不稳定是水泥工业普遍存在的问题。
而模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。
它直接采用语言型控制规则，出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确数学模型，使得控制机理和策略易于接受和理解，设计简单，便于应用。
因此，利用模糊控制技术对分解炉的温度进行控制具有重要的科学意义和广阔的应用前景。
第1章绪论课题研究的背景和意义随着大型建筑的不断增多，以及建筑速度的快速化发展，人们对水泥的需求量越来越多，对水泥生产提出的要求也越来越高。
传统的水泥生产技术已不能满足现代化建设的需要，因此有必要对水泥的生产设备进行改进。
我国正大力发展的新型干法窑外分解水泥生产技术就是在预热器和回转窑之间增设分解炉[1]。
本科毕业论文（设计）( 2014届)基于模糊PID控制电阻炉的温度系统设计与仿真院系电子信息工程学院专业电子信息工程姓名王静指导教师吴剑威副教授2014年4月摘要很多工业生产过程都需要用到电阻炉温度控制设备，电阻炉的温度控制系统存在很多问题，比如超调量比较大，超调时间比较长等问题。
本文以电阻炉温度控制作为研究对象，通过对模糊控制和模糊PID控制方法的分析与研究，使用MTALAB中的Simulink和Fuzzy工具箱，进行仿真研究。
通过将模糊PID控制方法应用在电阻炉温度控制系统中，可以克服温度控制系统中存在的超调量比较大，超调时间比较长等问题，并且提高系统的稳定性。
关键词：温度控制系统；电阻炉炉；模糊控制；MATLAB；PID控制AbstractNow, a lot of industrial production process requires the use of boiler equipment,temperature control system of boiler is serious, it is difficult to establish accurate mathematical model. I performed simulation studies, taking the electric fuzzy control method, using MATLAB in the Simulink and the Fuzzy toolbox simulation analysis. Through the fuzzy control method is applied in the boiler temperature control system,we can overcome the serious lag phenomenonthe in the temperature control system, and can improve the stability of the system.The following is the chapter division:The first chapter introduces the research background and significance, the development status of the domestic and foreign boiler temperature control system, the significance of this topic and the main work of this paperThe second chapter introduces the development design of temperature control system for electric boiler characteristics, the fuzzy controller and the temperature control system.The fifth chapter is a brief summary of the whole thesis.Keywords: temperature-control system; electric boiler; fuzzy control; MATLAB1 绪论1.1 课题的提出和意义温度是人类在生产过程和科学实验中非常普遍而又非常重要的参数。
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。
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。
在控制理论和技术飞速发展的今天，工业过程控制领域仍有大量回路在应用PID控制策略。
PID控制中一个关键的问题便是PID参数的整定，传统的方法是在获取对象数学模型的基础上，根据某一整定原则来确定参数。
但是在实际的应用中，许多被控过程机理复杂，具有高度非线性、时变不确定性和纯滞后等特点。
在噪声、负载扰动等因素的影响下，过程参数甚至模型结构会随时间和工作环境的变化而变化。
在这种情况下中，要求PID参数的整定减少对对象数学模型的依赖，并且PID参数能够在线整定，以满足实时控制的要求。
模糊逻辑控制，简称模糊控制，它以模糊数学、模糊语言形式的知识表示和模糊逻辑规则推理为理论基础，其基本思想是利用计算机来实现人的控制经验，而这些经验多使用语言表达的具有相当模糊性的控制规则。
模糊控制器之所以能获得巨大成功，主要是因为：（1）模糊控制是一种基于规则的控制。
它直接采用语言性控制规则，其出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确数学模型，因而使得控制机理和策略易于接受和理解，设计简单，便于应用。
（2）模糊控制算法是基于启发性的知识及语言决策规则设计的，这有利于模拟人工控制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具有一定的智能水平。
（3）模糊控制系统的鲁棒性较强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。
基于此，将模糊控制与PID控制结合起来得到一种复合控制，即模糊参数自适应PID 控制。
它是在一般PID控制系统的基础上加上一个模糊控制规则环节构成的。
模糊控制(k)，结合被控过程动态特性的变化，通过模糊单元根据当前的误差e(k)及其变化量ec规则推理，对PID控制器的三个参数KP、KI、KD，进行在线调整，从而实现了对PID 参数的智能整定，且适用于普遍的工业被控对象。
下面本文将详细论述自适应模糊PID控制系统的结构,建立过程及实现。
1.炉温控制系统结构及工作原理如图1所示的两输入三输出模糊PID控制系统。
整个控制系统以PC计算机为核心，控制系统与控制对象的接口利用一块多功能的综合接口板来实现，它安装在PC机的ISA 总线插槽上,可完成多路输入输出信号的A／D、D／A转换功能。
现简单介绍多功能综合接口板的功能：PC-6327 高速光隔模出接口卡主要由控制逻辑电路、光电隔离电路、数模转换电路等部分组成。
适用于具备ISA 总线的PC系列微机，具有很好的兼容性。
本卡采用三条总线光电隔离技术，使被控对象同计算机之间完全电气隔离。
采用高速光电耦合器作为隔离器件，从而达到高速实时的操作。
多路数据输出、适用范围广、操作使用简便、无须外加电源、抗干扰能力强等特点，使其应用十D/A分广泛。
另外，其输出电压信号范围：0～10V ；最大输出通道数为8路。
图1系统结构图温度控制系统的被控对象是电阻炉，被控参数为炉内温度，由热电偶检测炉内实际温度，经过温度变送器转换为0～5V的电压信号，经计算机采集后与设定温度进行比较，模糊控制器根据设定温度与实际温度的温差及温度的变化率，利用模糊控制算法求出控制输出量。
该输出量穿入PID控制器，调整控制参数，控制可控硅调压器的输入，使可控硅的导通角改变。
导通角越大，输送到电阻炉两端的交流电压就会愈高，电阻炉的输入功率也就增大，炉温上升；反之，导通角减小，电阻炉输入功率减小，依靠环境自然冷却。
炉温偏差为零时，可控硅保持一定的导通角，电阻炉输入一定的功率，使炉温稳定在给定值。
2.模糊控制器的设计参数自适应模糊PID控制器由模糊化、模糊推理和模糊判决三部分构成。
模糊控制的关键在于模糊规则的合理性，它决定了对PID参数的调节机理及过程。
由工业过程的定性认识出发，比较容易建立语言控制规则，因而模糊控制对那些数学模型难以获取、动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。
自适应模糊PID控制器以误差e和误差变化ec作为输入，可以满足不同时刻的e 和ec对PID参数自整定的要求。
利用模糊控制规则在线对PID参数进行修改，便构成了自适应模糊PID控制器，其结构如图2所示。
图2 自适应模糊控制器结构PID参数模糊自整定是找出PID三个参数与e与ec之间的模糊关系，在运行通过不断检测e和ec,根据模糊控制原理来对3个参数进行在线修改，以满足不同e和ec时对控制参数的不同要求，而使被控对象有良好的动、静态性能。
从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等个方面来考虑，Kp,Ki,Kd的作用如下：（1）比例系数Kp的作用是加快系统的响应速度，提高系统的调节精度。
Kp越大，系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，但易产生超调，甚至会导致系统不稳定。
Kp取值过小，则会降低调节精度，使响应速度缓慢，从而延长调节时间，使系统静态、动态特性变坏。
（2）积分作用系数Ki的作用是消除系统的稳态误差。
Ki越大，系统的静态误差消除越快，但Ki过大，在响应过程的初期会产生积分饱和作用，从而引起响应过程的较大超调。
若Ki过小，将使系统静态误差难以消除，影响系统的调节精度。
（3）微分作用系数Kd的作用是改善系统的动态特性，其作用主要是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化，对偏差变化进行提前预报。
但Kp过大,会使影响过程提前制动,从而延长调节时间,而且会降低系统的抗干扰性能.2.1 输入、输出的模糊化选择自适应模糊PID控制器的输入为设定水温与实际水温的偏差e和偏差的变化率Ec, 输出为PID参数调整量ΔKp、ΔKi、ΔKd,相应的模糊集分别为E,EC和KP，KI，KD,它是一个双输入三输出的模糊控制器。
根据不同时刻的e和ec对PID参数进行在线修正.对于误差E,误差变化EC及参数调整量ΔKP、ΔKI、ΔKD的模糊子集及其论域定义如下：E,EC和KP，KI，KD,的模糊子集均为：{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PN}，其中NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PN分别对应负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。
