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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PID的电热炉温度智能控制系统的开题报告一、研究背景随着社会的进步和科技的不断发展，对于电热炉的要求也越来越高，尤其是在工业制造和生产过程中。
如何使电热炉温度保持稳定，提高温控精度，提高生产效率，已成为研究和开发的热点领域。
目前，电热炉温度控制系统主要采用PID控制器对温度进行调节。
但普通PID控制器的存在的问题是对于非线性、时变等复杂过程难以应对，容易产生过冲现象、调节时间长等问题。
针对这些问题，模糊控制技术成为了PID控制器的重要补充。
模糊PID控制器采用了模糊控制的方法，使得系统具有了更强的自适应能力、抗干扰能力和适应性，提高了系统的稳定性和精度，能够更好地控制电热炉的温度，实现温度的稳定控制。
二、研究目的本研究旨在设计和实现一种基于模糊PID的电热炉温度智能控制系统，解决传统PID控制器的缺点，提高电热炉温度控制系统的性能和精度。
三、研究内容本研究的主要内容包括：1. 电热炉温度控制系统的架构设计：根据电热炉的工作原理，设计合理的温度控制系统架构。
2. 阶段性控制算法的设计：将温度控制分为加热、保温、冷却等不同阶段，设计相应的阶段性控制算法。
3. 模糊控制器设计：采用模糊控制理论设计模糊PID控制器，使控制器具有更好的自适应能力和鲁棒性。
4. 系统实现和测试：根据设计中的系统实现框架，进行系统实现和测试，并针对测试结果进行分析和总结，不断改进和优化系统。
四、研究方法本研究主要采用以下研究方法：1. 系统分析方法：对电热炉温度控制系统的物理特性、动态响应以及传递函数进行分析，为研究提供基础。
2. 模糊控制方法：采用模糊控制理论和模糊PID算法设计智能控制器。
3. 实验方法：对所设计的电热炉温度智能控制系统进行实验，测试系统的性能和精度。
五、研究意义本研究的意义在于：1. 提高电热炉温度控制系统的性能和精度，促进工业生产效率的提升。
2. 探究模糊控制技术在电热炉温度控制中的应用，为模糊控制技术的进一步发展提供实践基础。
摘 要随着科学技术的日新月异，锅炉在生产中的应用越来越广泛,是工业生产中经常采用的一种设备。
在生产过程中,我们主要对温度、压力、流量进行控制。
而锅炉的温度控制在锅炉控制系统中的地位越来越突出。
由于锅炉温度系统惯性较大、滞后现象比较严重,干扰量较多,几乎无法建立其数学模型。
因此,对锅炉炉温的控制一直都是研究难点。
本文主要是对锅炉炉温系统进行控制。
如果选择传统P ＩD 控制方式,精度较低，控制效果不理想，所以考虑选择模糊控制。
研究模糊控制的基本原理，设计控制锅炉炉温的模糊控制器。
对锅炉的温度飞升曲线特点进行剖析，创建模糊控制规则表,并利用Matlab 软件中的Simulink 中模糊逻辑工具箱,仿真出锅炉的传统ＰI Ｄ曲线、模糊系统曲线。
根据仿真曲线结果计算系统的δ%和ss t ,在传统PID 控制中，计算结果不能同时满足控制的基本要求;当选择模糊控制的时候,δ%和ss t 都能满足控制的基本要求，但是系统极易出现稳态误差。
所以本论文是把传统ＰID 控制以及模糊控制组合到一起，设计一个参数自整定的模糊PI Ｄ控制器,将PID 的几个主要参数p K 、i K 以及 d K 进行自整定，利用S ｉm ｕlink 仿真出曲线,结果表明所设计的基于模糊ＰＩD 的锅炉炉温控制器能够满足锅炉炉温控制的基本要求。
在分析锅炉温度控制系统的基础上，选择 ＰＩC １6F87７A 单片机作为关键器件,完成温度的采集控制以及超限报警等基本功能,并把本文计算出的模糊 PID 算法与硬件相结合，设计主程序的流程图和基本电路。
ﻬAbstra ｃtBoi ｌer in th ｅ p ｒod ｕｃtion and life has b ｅe ｎ a ｐp ｌｉｅｄ mo ｒe and mor ｅ extensi ｖely wit ｈ ｔhe d ｅvelopment of the time ｓ， i ｔ is ａ devic ｅ ofte ｎ u ｓed in i ｎdu ｓt ｒial productio ｎ, a ｎd b ｏiler tempe ｒatu ｒe ｃont ｒol in ｔhe ｂoiler cont ｒo ｌ s ｙst ｅm is b ｅco ｍin ｇ more and m ｏre promin ｅnt. Temperat ｕｒe con ｔro ｌ s ｙｓte ｍ w ｉth larg ｅ ｉne ｒt ｉa,the s ｅrio ｕs delay a ｎd di ｆfi ｃｕlt 关键词：温度控制；模糊PID 控制；参数整定；锅炉tｏestａblish acｃurate mａtｈeｍaｔｉcal model. Ｔhe nｏｎlinear relａｔioｎｓhip ｅxisｔｓ.This papeｒisｍaiｎly on the boilｅr fuｒｎａｃｅｔeｍperature control．If t ｈe seleｃｔioｎof the trａdｉtioｎal PID control mode, ｔhe ａｃｃuｒacyｉs low ｅr，ｔhｅcontrｏｌeffeｃt is ｎｏｔideａl .We ｓhｏuldｃonsidｅr the opt ｉoｎof fuzzｙｃontｒol, thｅbａsiｃpriｎciple oｆthｅfuzｚy coｎtroｌ，desiｇｎｃｏntrｏｌoｆｂｏiler fｕｒnace tｅmｐeraｔure fuｚzy contｒolｌer. The fuzzｙｃｏntroｌrule table is ｅstablｉｓhｅd through anａlysing the chａrａｃteｒｉsｔｉc of the eleｃｔric boｉler temｐerature in thｅthｅsis. Iｎｔhis ｔhesｉs, simulatｉｏｎof ＰID conｔroｌsyｓｔem aｎd fuｚzy cｏntroｌsｙｓtｅm uｓinｇSimｕlinｋand MATLAB fuzzy ｌｏgic tools.Ｔhｅresｕｌts shｏｗthat the reguｌａtion tｉme and ｏvershｏot ofｔhｅPＩＤsystemｃan ｎot bｅａcｈieｖed by tｈe cｏntrol ｓyｓtｅm. When the fuzzy ｃｏntrｏl, the adｊｕsｔｍeｎt tｉmeａｎd tｈe ovｅrshooｔｃan achｉeve ｔｈe noｒｍ, ｂut the ｓyｓｔem iｎduced ｓteadｙ-ｓtateｅrror. So there is a new wａy tｏcombｉnｅtoｇeｔｈer. Ｔｈe ｐatametｅｒs of Ｋｐ，Kｉand Kｄａre adjｕst bｙfｕzzｙinｆerｅnce. The expｅｒimｅntal reｓults shoｗtｈａt tｈe fｕzzy ＰID ｐarａｍetｅr sｅlf-ｔuｎiｎｇｃｏnｔrolleｒisｔhe perfoｒｍance indeｘofｔｈe sysｔeｍ.Analｙsis of boiｌer tempｅｒature ｃｏntroｌsystem, ｔhe ＰIC16F8７７A miｃrｏcｏntrollｅｒiｓcｈosｅｎａｓthe main comｐｏｎent tｏdesiｇn tｈe ｔempeｒatｕre,andｔhｅbａｓic functｉon of the cｏｌlｅction ａnｄcoｎtrol of the tempｅrａｔure ｉs cｏmｐｌeｔeｄ. Aｎd tｈe ｐaper calculａtes the fｕzzｙPID algorｉthm addeｄtoｔhｅhａrdware desｉｇn, thｅdｅsign oｆthe main prograｍflow charｔａｎｄbaｓiｃｃirｃｕit.Key Words：temperature control; fuzzy PID control; parameters tuning; simulation目录摘要 .................................................................................................... 错误!未定义书签。
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算法的电阻炉温度控制系统设计来自：网络引言电加热炉是典型工业过程控制对象，其温度控制具有升温单向性，大惯性，纯滞后，时变性等特点，很难用数学方法建立精确的模型和确定参数。
而PID控制因其成熟，容易实现，并具有可消除稳态误差的优点，在大多数情况下可以满足系统性能要求，但其性能取决于参数的整定情况。
且快速性和超调量之间存在矛盾，使其不一定满足快速升温、超调小的技术要求。
模糊控制在快速性和保持较小的超调量方面有着自身的优势，但其理论并不完善，算法复杂，控制过程会存在稳态误差。
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在线修改PID参数，构成模糊自整定：PID控制系统，借此提高其控制效果。
基于PID控制算法，以ADuC845单片机为主体，构成一个能处理较复杂数据和控制功能的智能控制器，使其既可作为独立的单片机控制系统，又可与微机配合构成两级控制系统。
该控制器控制精度高，具有较高的灵活性和可靠性。
2温度控制系统硬件设计该系统设计的硬件设计主要由单片机主控、前向通道、后向通道、人机接口和接口扩展等模块组成，如图l所示。
由图1可见，以内含C52兼容单片机的ADuC845为控制核心．配有640KB的非易失RAM数据存储器、外扩键盘输人、320x240点阵的图形液晶显示器进行汉字、图形、曲线和数据显示，超温报警装置等外围电路；预留微型打印机接口，可以现场打印输出结果；预留RS232接口，能和PC机联机，将现场检测的数据传输至PC机来进一步处理、显示、打印和存档。
电阻炉的温度先由热电偶温度传感器检测并转换成微弱的电压信号，温度变送器将此弱信号进行非线性校正及电压放大后，由单片机内部A／D转换器将其转换成数字量。
此数字量经数字滤波、误差校正、标度变换、线性拟合、查表等处理后。
一方面将炉窑温度经人机面板上的LCD显示：另一方面将该温度值与被控制值(由键盘输入的设定温度值)比较，根据其偏差值的大小，提供给控制算法进行运算，最后输出移相控制脉冲，放大后触发可控硅导通(即控制电阻炉平均功率)。
基于模糊PID算法的电加热炉窑温度控制系统设计的开题报告1.研究背景和意义电加热炉窑温度控制是电加热工业中的重要问题，温度控制的稳定性、精度直接影响炉子生产质量。
PID控制是一种常见的控制方法，但PID控制的参数选择和自整定都存在一定难度。
模糊控制可以克服PID控制的一些不足，针对炉温控制，模糊控制可以在动态过程中实现自适应控制。
本课题拟通过设计基于模糊PID算法的电加热炉窑温度控制系统，提高电加热炉的炉温控制精度和稳定性，为电加热工业的发展提供技术支持。
2.主要研究内容（1）电加热炉窑温度控制系统的基本原理和架构设计。
（2）模糊PID算法的原理及在电加热炉温度控制中的应用。
（3）设计基于模糊PID算法的电加热炉窑温度控制系统。
（4）通过仿真和实验验证控制系统的性能。
3.研究方法和技术路线（1）系统需求分析：对电加热炉窑的性质、温度控制的特点、参数选取等进行分析。
（2）模糊控制算法的学习和应用：学习模糊控制的原理、优点和缺点，了解它在工业控制中的应用。
（3）控制系统设计：基于电加热炉温度控制的要求，设计基于模糊PID算法的控制系统。
（4）仿真分析：在MATLAB中仿真分析控制系统的性能，包括稳态误差、超调量、控制精度等。
（5）实验验证：通过对设备的实验操作，验证控制系统的性能和优越性。
4.预期研究成果（1）电加热炉窑温度控制系统的设计和实现。
（2）建立了一种基于模糊PID算法的电加热炉窑温度控制方法。
（3）从仿真和实验的结果来看，该控制系统具有快速响应、较小稳态误差和较小超调量等优点。
（4）为电加热工业提供新的温度控制方法。
5.研究工作计划（1）前期阶段（1-2个月）：学习电加热炉窑温度控制系统原理，学习模糊控制算法的基本原理。
（2）中期阶段（2-4个月）：系统需求分析和控制系统的设计，建立基于模糊PID的控制系统和进行仿真分析。
（3）后期阶段（4-6个月）：对控制系统进行调试和实验验证，优化控制算法，撰写论文和准备答辩。
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 控制的电锅炉温度过程控制系统Fuzzy P ID based T em perat ure Process Control System f or E l ectric Bo il er南新元 陈志军 程志江(新疆大学电气工程学院,新疆乌鲁木齐 830008)摘 要:针对办公楼、学校等供暖场所采用的蓄热式电锅炉,提出一种新的控制方法。
将模糊控制和P I D 控制相结合,以实现室内恒温控制和节能的目的。
给出了系统的整体结构和模糊控制单元的硬件实现电路及其软件设计思路。
系统的仿真结果表明,该系统实时性好、控制精度较高、鲁棒性强,较好地解决了室内温度控制问题。
并充分利用电力部门的电价政策,取得了显著的社会效益和经济效益,具有很好的发展和应用前景。
关键词:蓄热式电锅炉 温度控制 PID 控制 模糊控制 仿真中图分类号:TP273 文献标志码:AAbstract :A ne w control stra t egy f or heat storage electric boil ers is put f or w ard ;such boilers are commonly adopted i n o ffices and school build i ng s .The purposes o f constant roo m t empera t ure control and energy savi ng are m i pl e m ented by combi ni ng fuzz y contro l and P I D contro.l T he o vera ll struct ure of t he syste m,the hard w are circuit o f f uzzy control uni ,t and desi gn concept of the soft ware are g i ven .The result of sm i u l ati on i ndi cates that the syst em fea t ures good real tm i e perfor mance ,hi gh control accuracy and robustness ,and we ll reaches the goal f or roo m te m pera t ure contro.l M oreover ,t he pr i c i ng poli cy o f e l ectricity i ssued by electr i c aut ho rit y i s a l so consi dered i n t he desi gn ,t hus t he outstandi ng s oc i a l and econom i c effects are obtained ;the syste m is si gnificant i n fut ure deve l op m ent and appli cation .K ey words :Heat st orage electri c bo il er T e mperat ure contro l P I D contro l Fuzz y contro l Sm i ulation修改稿收到日期:2007-11-12。
第一作者南新元,男,1967年生,2002年毕业于大连理工大学控制理论与控制工程专业,获硕士学位,副教授;主要从事PLC 应用技术和现场总线技术的研究。
0 引言随着国民经济的发展,国家对城市环保工作越来越重视,对于城市中小型锅炉已采取相应的措施以减少城市污染。
新疆乌鲁木齐市是全国污染较严重的城市之一,近几年以 蓝天工程 为主题推动了采暖方式的变革,取缔小容量锅炉,采用集中供热,环境污染得到了明显改善。
对于小型锅炉,乌鲁木齐市目前规定在市内限制使用燃煤锅炉房,取代燃煤锅炉做热源的是燃油锅炉、燃气锅炉和电锅炉。
电作为最清洁的能源应用于冬季取暖应是重点考虑的方向之一。
电力部门从高效使用电能的角度出发,希望将高峰需求尽可能地抑制到最低或把高峰需求引导到低谷,即移峰填谷。
并实行了电力分时计价,为蓄热式电锅炉的推广使用提供了广阔的前景。
新疆乌鲁木齐市某办公大楼采暖系统原采用两台功率为540k W 的直供式电热锅炉,对出水温度采用定温控制,因未考虑避 高峰 用电,耗电很大。
根据论证将直供式电热锅炉改造为蓄热式电锅炉,并对供暖系统温度控制进行改造,以实现室内恒温控制(20 2K )和节能的目的。
1 过程分析与传统PI D 控制蓄热式电锅炉是在电锅炉的基础上加装蓄热水箱,组成一个热能交换、储存系统。
通过强制循环,将电热锅炉内的热水循环到蓄热水箱中,使蓄热水箱中的冷水逐渐变为热水,完成热能的存储。
蓄热式电锅炉的工作要求是让制热设备在电网低谷时段满负荷运行,所产生的热能除了维持低谷时的采暖蓄热量外,还要将热量储存在蓄热水箱中。
在用电高峰时段电热锅炉不工作,用蓄热水箱的蓄热来供暖。
由于供暖对象是办公楼,节假日和夜间无人,只需要保持较低温度即可,而在工作时间需要对办公楼进行加热。
所以,系统的温度控制方式采用分时段的定温控制,即根据电力部门规定的峰、谷、平时段,按照设定的温度控制电加热器的投入与退出,并对三通混水器的开度进行有效调节实现室内恒温控制。
温度控制系统采用数字P I D 控制系统,控制核心是一台工控机。
温度测量信号包括办公大楼室内温度、热水温度、回水温度、环境温度等。
经A /D 转换后送入工控机。
工控机对这些测量信号进行处理,并将控制算法的结果通过D /A 模块输出4~20mA 电流信号,调节电动调节阀和热量平衡装置。
图1为温度控制系统总体框图。
温度设定值须综合考虑每个工作日的上下班时间、节假日、室外温度、室内温度及保温情况等因素。
三通混水器的开度最初采用数字P I D 控制,基本上可以实现控制精度的要求。
但是温度系统是一个大惯性、纯滞后系统,用P I D 控制器不可避免地出现系统的超调,并且响应时间缓慢,当温度给定值变化时需0 5h 的调节才能达到稳定,不能很好地满足控制系统的要求。
图1 温度控制系统总体框图F i g .1 O verall b l ock d i ag ra m o f temperature contro l syste m实践证明,对于这种严重的非线性过程,常规PI D 控制很难满足控制要求,需要采用更可行的控制方式。
2 控制方案的提出根据以上分析,蓄热式电锅炉控制系统可以采用模糊控制和P I D 控制相结合的控制方案:即在温度给定值发生变化导致温度大范围变化时采用模糊控制;在温度趋于稳定时采用P I D 控制。
两个算法在转换过程中必须保证系统的无扰动切换[1],这样既可以提高系统的响应性又能提高系统的控制精度。
整个系统以研华工控机为控制核心,通过采集室外温度及设备出水口温度,构成温度闭环调节系统,按自动控温、节能优化的原则,随着室外温度的变化分段改变设备出水温度,以控制室内达到最佳设定温度,从而真正实现节能的目地。
逻辑控制流程图如图2所示。
从图2可以看出,系统初始化后,查询时间表,将图2 逻辑控制流程图F ig .2 F lowcha rt of log ic con tro l当前时间t 与设定的上班时间t 1以及下班时间t 2进行比较,在上班前2h 与下班前之间,系统进入 供热 运行状态,否则进入 保温 运行状态。
在 供热 运行状态,首先启动循环泵,再将房间温度T 与设定温度T 1进行比较。
如果两者之差大于5K,系统运行温度模糊控制程序,否则运行温度PI D 控制程序。
在 保温 运行状态,电锅炉为蓄热水箱蓄热。
3 模糊控制器的设计模糊控制器的设计可采用单输入-单输出型和双输入-单输出型两种,为提高控制精度和响应速度,本系统采用双输入-单输出型[2]。
两个输入量分别为温度偏差e(实测值T -设定值T 0)和温度偏差变化率 e (当前偏差-前次偏差),输出可直接控制固态继电器、继电器线圈、报警装置组成的设备。
其控制系统结构如图3所示。
图3 模糊控制系统结构图F i g .3 Struc t ure of fuzzy contro l system如图3所示,控制器可划分为模糊输入接口,模糊推理判决机构和模糊输出接口三大部分,它们构成了模糊控制器的控制机理和算法结构[3]:模糊输入接口的主要功能是实现精确量的模糊化,即将被控系统输出变量的偏差e 和偏差变化率 e 的精确值转化为模糊量 和 C ~,以便进行模糊推理和决策;模糊推理决策机构的主要功能是模仿人的思维特征,根据总结人工控制策略取得语言控制规则进行模糊推理并决定模糊输出的控制量;模糊输出接口的主要功能是对经模糊推理决策后所得的模糊控制量进行模糊判决,把输出模糊转化为精确量(清晰化)后,施于被控对象。
采用L.A.Zadh的模糊推理算法,根据已知控制系统输入温度偏差和温度偏差变化率的论域值,分别查表求出其隶属度;再根据控制规则状态表推出对应 控制规则并由此确定温度偏差和温度偏差变化率的最小隶属度,利用输出控制量的模糊变量真值表求出控制量的模糊控制截集;最后再按重心法则,对输出模糊量进行模糊判决,求出控制量[4]。
按以上方法,对论域 、 C~中全部元素的组合计算得出相应的论域U~元素表示的控制量变化值,并写成矩阵(uij)13 13,由该矩阵构成相应表格即为模糊控制器的控制规则表[5],如表1所示。
这种求控制表的方法不需要通过关系矩阵来进行合成推理,避免了繁琐的矩阵运算,具有直观、运算简表1 模糊控制规则表Tab.1 Rules of fuzzy controlUe-6-5-4-3-2-1-0+0+1+2+3+4+5+6-666665540000000 -566654430000000 -466543210000000 -366543210000000 -266541100000000 -155432100000000e043332100-1-2-4-4-6-6 +123430000-1-2-4-6-6-6 +202320000-1-2-4-6-6-6 +30222000-1-2-3-4-6-6-6 +40000000-2-3-4-5-6-6-6 +50000000-3-4-5-5-6-6-6 +60000000-4-5-6-6-6-6-6便、快速的特点,而且这里采用了重心法进行模糊判决,比用最大隶属度法求得的控制精度高[6]。
4 仿真结果比较在对系统进行安装调试之前,我们在M at lab环境下用计算机对各种控制系统的控制结果进行了仿真[7]。
