【精品】温度控制系统智能控制器的与仿真
本科毕业论文PID温控系统的设计及仿真
CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 本科生毕业论文题目PID温控系统的设计及仿真学生指导教师学院信息科学与工程学院专业班级完成时间年月摘要温度是工业控制的主要被控参数之一。
可是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，给控制过程带来了难题。
要对温度进行控制，有很多方案可选。
PID 控制简单且容易实现，在大多数情况下能满足性能要求。
模糊控制的鲁棒性好，无需知道被控对象的数学模型，且在快速性方面有着自己的优势。
研究分析了PID 控制和模糊控制的优缺点，把两者相互结合，采用了用模糊规则整定P K 、I K 两个参数的模糊自整定PID 控制方法。
本研究以电烤箱为控制对象，用MATLAB 软件对PID 控制、模糊控制和参数模糊自整定PID 控制的控制性能分别进行了仿真研究。
仿真结果表明PID 对于对象模型复杂和模型难以确定的控制系统具有很大的局限性，不能满足调节时间短、超调小的技术要求。
由于模糊控制的理论（如量化因子和比例因子的确定问题）并不完善，其可能获得的控制性能无法把握，而且模糊控制易受模糊规则有限等级的限制而引起稳态误差。
参数模糊自整定PID 控制吸收前两种方法的长处，满足了调节时间短、超调量为零且稳态误差较小的控制要求。
因此本论文最终确定采用参数模糊自整定PID 控制方案。
本系统硬件采用了以 AT89C52 单片机为核心的温度控制器，选用 k 型热电偶为温度传感器结合MAX6675芯片构成前向通道，同时双向晶闸管和SSR 构成后向通道，由按键、LED 数码显示器及报警单元等组成人机联系电路。
关键词：单片机，PID ，模糊控制，仿真ABSTRACTTemperature is one of the main parameters in the industrial process control.Yetthere are difficultiesto have a good control oftemperature becauseof the characteristics of the temperature itself:the temperature inertia is great, its time-lag is serious and it is hardto establish an accurate mathematical model.There are many methods to be selected in order to control a system. The PID controlis simple,easily realized andin most casesit meetsthe control demand. Fuzzy control has the advantage of quickness,itsrobustness is good and there is no needto know theobject ’smathematical model.This paper analyses the advantages and disadvantages of both PID control and fuzzycontrol and es to the method of bining them together,fuzzy self-tuningPID control. In this method,P K and I K of the PID controller are adjusted by fuzzy control rules ．In the paper simulations of PID control, fuzzy control and fuzzyself-tuning PID control are done by MATLAB to control a electric oven.Conclusions are that for those control objects of which models are plicated or hard to establish,the PID method has limitation and doesn ’t meet the control demand. As the fuzzy control method theory is not perfect, a good control performance cannot be expected. And it could easily cause the steady-state error for it is restricted by limited grades of the fuzzy rules.Finally the fuzzy self-tuning PID control method is selected, since it meets the control demands.In this paper AT89C52 is used as controller, toward access is posed of K which is used as the temperature sensor and MAX6675.Backward access is posed of bidirectional thyristor and SSR. Man-machine circuit is posed of keyboard, LED and warning unit, etc.Key words ：Micro Controller, PID Control, Fuzzy Control, Simulation目 录摘要IABSTRACTII第一章绪论11.1 课题的提出及意义11.2 控制系统背景介绍11.3 当代温控系统及智能算法2第二章温控系统的设计52.1 温控系统的总体设计52.1.1 温控系统设计的基本原则52.1.2 温控系统的结构及设计62.2 温控系统的硬件设计72.2.1 前向通道设计72.2.2 后向通道设计102.2.3 人机通道设计11小结15第三章系统控制方案163.1 PID 控制163.1.1 PID的概述163.1.2 PID 控制的基本理论及特点163.2 模糊控制183.2.1 模糊控制的概述183.2.2 模糊控制的基本原理及特点183.3 模糊PID 控制19小结21第四章仿真研究224.1 MATLAB及其模糊逻辑工具箱和仿真环境simulink224.2 仿真和优选234.2.1 控制对象模型234.2.2 仿真和方案选择25小结32第五章总结与展望335.1 主要工作容335.2 工作小结335.3 存在的问题及未来的方向34结束语35参考文献36第一章绪论1.1 课题的提出及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。
PID温控系统的设计及仿真毕业论文
PID温控系统的设计及仿真毕业论文摘要：本论文针对PID温控系统的设计和仿真展开研究。
首先，介绍了PID控制器的基本原理和工作方式，并分析了PID控制器在温控系统中的应用。
然后，基于MATLAB/Simulink软件，建立了PID温控系统的数学模型，并进行了系统的仿真。
通过对比分析不同PID参数的变化对温度控制系统的影响，最终得到了最优的控制参数。
关键词：PID控制器，温控系统，MATLAB，仿真1.引言温控系统在日常生活中被广泛应用，例如家用温度控制、工业生产过程中的温度控制等。
PID控制器作为一种经典的控制方法，被广泛应用于温控系统中。
本论文旨在设计一个PID温控系统，并通过仿真实验分析不同PID参数对系统性能的影响，从而得到最优的控制参数。
2.PID控制器原理及应用PID控制器是一种反馈控制器，根据控制量与设定值之间的差异来调整输出信号。
它由比例环节、积分环节和微分环节组成，可以有效地抑制温度偏差、提高控制系统的稳定性和精度。
PID控制器在温控系统中的应用十分广泛。
通过对温度传感器采集到的信号进行处理，PID控制器可以实时调整控制系统的输出信号，从而控制温度在设定范围内波动。
PID控制器的参数调整对于系统性能和稳定性具有重要影响。
3.温控系统的数学模型建立基于PID控制器的温控系统可以用数学模型来描述。
以温度T为控制对象，控制量为输出温度U，设定温度为R，PID控制器的输出为Y。
根据温控系统的动力学特性，可以建立如下的数学模型：T * dY(t)/dt = Kp * (R - Y(t)) + Ki * ∫(R - Y(t))dt + Kd * d(R - Y(t))/dt其中Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数。
4.温控系统的仿真实验通过MATLAB/Simulink软件，搭建了PID温控系统的仿真模型。
根据数学模型，设定了温度的变化范围和输出的控制参数。
在仿真实验中，通过对比分析不同PID参数的变化对温度控制系统的影响。
芯片级PCR仪温度模糊PID控制器设计与仿真
ｆ ｚ ｙ ｃ ｎ ｒ ｌ ｒｗ ｔ ｗ ｎ ｕ ｎ ｈ ｅ ｕ ｐ ｔ ｓｅ ｔｂ ｉｈ ｄ Ｉ ｗ ｓ ｕ ｅ ｏ ｃ ｎ ｔｕ ｔｔ ｅ ｓｍｕ ａｉｎ ｍｏ ｅ ｆｍｉｒ ｃ ｉ ｅ ｅ ｕ ｚ ｏ ｔ ｌ ｉ ｔ ｏ ｉ ｐ ｔａ ｄ ｔ ｒ ｅ ｏ ｔ ｕ ｓｗａ ｓａ ｌ ｅ ． ｔ ａ ｓ ｄ ｔ ｏ ｓｒ ｃ ｈ ｉ ｌ ｔ ｄ ｌｏ ｃ ｏ ｈｐ ｌ ｖ ｌ ｏｅ ｈ ｓ ｏ
ＰＤ控制算法很难解决 温度快 速切换 与扰动抑制 之间 的矛 盾 、 Ｉ 结构简单性 与系统鲁棒性之 间的矛盾 、 静态与动态性能 间的矛
盾 。
（５ ） ５℃ 和延伸 区（２Ｃ ， ７￣ ）通过 ２ ～ ０次温度循环 ， 可实 现整 ０ ３ 便
个扩增 过程 “Ｊ 。其 典型温度设定 曲线如 图 １ 所示 。
属度 函数 。其 中温度偏差的模糊隶属 函数如 图 ４所示 。
ｌ “Ｌ ） ｅ
Ｚ ＰＺ
ＰＳ
ＰＭ
Ｐ Ｂ
一
ｌ０ — ０ ｏ ８
－ ０ ４
—０ ０ ２ ２ ０
ｅ
一
４ ０
８ ０
１０ ０
冒鼙 玻璃盖片 口皿 疆 ［＝＝］ Ｄ Ｓ ＰＭ 臣圈
半导 体制冷片函受 强圜 电 风扇 导热双面胶 — ＇ Ａ 乘性蛇形铜导线 Ｗｆ ／— ｆｆ
ｌ ｏ ｔ ｍ Ｖ ｇ ｅ ｔ ｕ ｅ ｔ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｏ ｅ ｓ ｏ ｔａ ｄ ａ ｈ ｅ ｅ ｔｅ ｐ ｅ ｉｅ ｃ ｎ ｒ ｆｔｍｐ ｒ ｔｒ Ｓ ｍｕ ｔ ｅ ｕ ｌ ｈｓ ｌｏ ａ ｇ ｒ ｈ ， ａ ｒ ａ ｙ ｒ ｄ ｃ ｅ ｔｍｐ ｒｔ ｒ ｖ ｒ ｈ ｏ ｎ ｃ ｉｖ ｈ ｒ ｃ ｓ ｏ ｔ ｌｏ ｅ ｅ ａｕ ． ｉ ｌ ｎ ｏ ｓ ｔ ｉ ａｇ — ｉ ｎ ｌ ｅ ｈ ｏ ｅ ａ ｙ， ｒｔ ｍ ａ ｔ ｎ ｅ ｏ ｕ ｔ ｅ ｏｍａ ｃ ｈ ｎ ｔ ｅ ｃａ ｓｃ Ｉ ｏ ｔ ｌａｇ ｒ ｈ ， ｎ ｔｉ ｅ ｙ ｔ ｅ ｉ ． ｉ ｈ ｈ ｓｓｒ ｇ ｒｒ ｂ ｓ ｒ ｒ ｎ ｅ ｔ ａ ｈ ｌ ｉａ Ｐ Ｄ ｃ ｎ ｒ ｏ ｔ ｍ ａ ｄ ｉ ｓ ａ ｏｒ ａ ｚ ｏ ｐｆ ｓ ｌ ｏ ｌ ｉ ｓ ｌ ｅ
基于模糊PID的温度控制系统的设计与仿真
将模糊控制理论和 PID 控制系统结合起来，能够提
高 控 制 系 统 的 性 能 ，来 适 应 各 种 工 业 环 境 。 为 此 ，
设 计 了 一 种 模 糊 PID 控 制 系 统 ，以 炉 温 控ห้องสมุดไป่ตู้制 为 例 ，
应 用 模 糊 推 理 的 方 法 实 现 了 PID 参 数 的 自 适 应 调
（1）
Ts + 1
其中，K 为被控对象的静态增益；T 为系统的时
基金项目：河南省教育厅项目（17A413009）
作者简介：宋 璐（1984—），女，陕西咸阳人，硕士，讲师。研究方向：大学物理和电子教学以及实验。
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《电子设计工程》2020 年第 21 期
K p = K p′ +{e,e c}K p = K p′ + ΔK p
systems of traditional PID and fuzzy PID are established based on Simulink respectively. The simulation
results show that compared with traditional PID， Fuzzy PID has obvious advantages in control
以炉温控制为例进行对象模型的建立，为适应不
以 适 应 不 同 的 场 合 [1-5] 。 而 模 糊 控 制 具 有 智 能 化 的
同的工作环境，炉温需要进行动态的调整并进行精确
特 点 ，能 够 根 据 被 控 对 象 特 性 的 变 化 来 调 整 参 数 ，
地控制。根据实验结果或文献可知，由于温度传感
糊 PID 在控制性能上具有明显的优越性，具有无静差无超调，抗干扰能力强和鲁棒性好等特点。
基于Matlab的PID温控系统的设计与仿真
基于Matlab的PID温控系统的设计与仿真摘要在Matlab6.5环境下,通过Matlab/Simulink提供的模块,对温度控制系统的PID控制器进行设计和仿真。
结果表明,基于Matlab的仿真研究,能够直观、简便、快捷地设计出性能优良的交流电弧炉温度系统控制器。
关键词温度系统数学模型;参数整定;传递函数在钢铁冶炼过程中,越来越多地使用交流电弧炉设备,温控系统的控制性能直接影响到钢铁的质量,所以炉温控制占据重要的位置。
PID控制是温控系统中一种典型的控制方式,是在温度控制中应用最广泛、最基本的一种控制方式。
随着科学发展,各行各业对温控精度要求越来越高,经典PID控制在某些场合已不能满足要求,因而智能PID控制的引入是精密温控系统的发展趋势。
为了改善电弧炉系统恒温控制质量差的现状,研制具有快速相应的、经济性好的、适合国情的恒温控制装置具有十分重要的意义。
1温控系统模型的建立在Matlab6.5环境下,通过Simulink提供的模块,对电弧炉温控系统的PID控制器进行设计和仿真。
由于常规PID控制器结构简单、鲁棒性强,被广泛应用于过程控制中。
开展数字PID控制的电弧炉控制系统模型使应用于生产实际的系统稳定性和安全性得到迅速改善。
1.1温控系统阶越响应曲线的获得在高校微机控制技术实验仪器上按以下步骤测得温度系统阶越响应曲线:1)给温度控制系统75%的控制量,即每个控制周期通过X0=255×75%=191个周波数,温度系统处于开环状态。
2)ATMEGA32L内部A/D每隔0.8s采样一次温度传感器输出的电压值,换算成实际温度值,再通过串口通讯将温度值送到电脑上保存。
使用通用串口调试助手“大傻串口调试软件-3.0AD”作为上位机接收数据并保存到文件“S曲线采集.txt”中。
3)在采集数据过程中,不时的将已经得到的数据通过“MicrosoftExcel”文档画图,查看温度曲线是否已经进入了稳态区;根据若曲线在一个较长时间里基本稳定在一个小范围值内即表明进入稳态区了,此时关闭系统。
智能温湿度监测与控制系统设计与实现
智能温湿度监测与控制系统设计与实现近年来，人们对于室内空气质量的关注度越来越高。
不仅是因为随着现代生活的快节奏，大部分时间都在室内，健康的室内环境对人们的身体健康非常重要，而且也因为人们越来越意识到，空气污染不只在室外，也存在于室内。
为了解决室内环境的问题，智能温湿度监测与控制系统得以应运而生。
该系统主要包括传感器、控制器和执行器三个部分。
传感器采集室内温湿度等参数，将数据传递给控制器，控制器通过分析数据，自动启动或停止执行器，以达到调节室内环境的效果。
在本文中，我们将探讨智能温湿度监测与控制系统的设计与实现，具体包括系统结构、传感器的选择、控制器的程序设计和执行器的选择等方面。
1. 系统结构智能温湿度监测与控制系统主要包括以下部分：1.1 传感器常见的温湿度传感器有电阻式、电容式和半导体式传感器。
其中，半导体式传感器是最为常见的，因为它精度高、响应速度快、价格便宜。
此外，还可以考虑使用一些辅助传感器，如二氧化碳传感器、PM2.5传感器等，以对室内环境进行更全面的监测。
1.2 控制器控制器是智能温湿度监测与控制系统的核心部分，其作用是根据传感器采集到的数据，控制执行器的启停。
可以使用单片机、微处理器、PLC等现有的控制器来完成这个任务。
1.3 执行器算，可以选择不同品牌和型号的空调或新风系统。
2. 传感器的选择如上所述，半导体式传感器是一种比较常用的温湿度传感器。
其原理是，当传感器表面的薄膜吸收水分，会改变薄膜材料的电阻，从而反映出相对湿度的变化。
另外，需要注意的是，传感器要具有一定的线性和温度补偿能力，以保证数据的准确性。
3. 控制器的程序设计控制器的程序设计需要考虑的因素也比较多。
一般而言，控制程序的设计应该具备以下特点：3.1 安全性室内环境对人类的健康有着直接的影响，控制程序在运行过程中需要考虑到人体的安全。
例如，在设定温湿度范围时，应该避免出现极端的设定值，以保证人员的舒适度和安全性。
基于PT100的温度测控系统的设计与仿真
基于PT100的温度测控系统的设计与仿真王青【摘要】温度测控在现代工业生产过程中起着非常关键的作用,也是设备按照预定的方案正常运行的必要条件;针对目前工业设备温度控制系统电路稳定性差、精度低、实时显示效果差等缺点,设计了基于PT100的温度测控系统;该系统采用电桥对PT100传感器输出的电信号进行采样;采用LM741设计差分放大电路消除线路阻抗引起的测量偏差;采用ADC0808逐次逼近法消除温控系统的非线性误差;采用STC高性能单片机作为主控芯片进行数据处理、并能够实时显示温度数值和具有设定上下限的功能,最后通过继电器实现对被控对象通断进行控制;系统通过Proteus软件仿真运行验证了电路设计的合理性、温度显示数据的高精度和系统正常运行的鲁棒性.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2019(027)009【总页数】5页(P47-50,56)【关键词】PT100;温度;Proteus仿真【作者】王青【作者单位】南通理工学院电气与能源工程学院,江苏南通226002【正文语种】中文【中图分类】TP230 引言温度是表征物体冷热程度的物理量，它可以通过物体随温度变化的某些特性(如电阻、电压变化等特性)来间接测量，通过研究发现金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化，并且具有很好的稳定性，利用铂的这种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器[1]。
金属铂电阻温度传感器精度高、稳定性好，在工业测量方面有广泛的应用。
1 PT100测温工作原理通常所说的PT100是指铂电阻温度传感器在0 ℃时对应的电阻值为100 Ω，电阻变化率为0.385 1 Ω/ ℃，PT100的分度表如表1所示。
根据电阻值和摄氏温度的具体关系，可以推算出变化电阻对应的温度值。
由于PT100是中低温区(-200～650 ℃)最常用的一种温度传感器，故环境温度下具体的电阻取值关系为。
RPT=R0[1+AT+BT2+C(T-100)T3](1)式(1)中R0为摄氏温度在0 ℃时金属铂电阻温度传感器对应的阻值，T为实时环境温度值，ABC分别表示系数值A=3.908*10-3;B=-5.775*10-7;C=-4.183*10-12，RPT为实时环境温度T对应PT100的电阻值[2]。
锅炉过热蒸汽温度控制系统的设计与仿真
低（５～ＩＯ）￣Ｃ，效率就降低约 １％，因此严格 控制过热汽温在给定值 间 ｒ约为 ２０ｓ，具有较 良好的动态特性。但实际运行 中，蒸汽负荷
附近是大型火电机组运行 的重要任务之一［１Ｊ。
是变化的，因此不宜用来控制过热汽温 。
过热蒸汽温度控制 中，被控对象具 有非 线性 、时变性 、滞后 ２－２ 烟气传 热量扰 动的动态 特性
ｍｏｎｉｔｏｒｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ Ｋｉｎｇｖｉｅｗ．Ｔｈ ｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔ ｈｅ ＦＵＺＺＹ－ＰＩＤ ｃｏｎ ｔｒｏｌｌｅｒ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ
ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ，ｔｉｍｅ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｃｅ ， 桫 ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｈａｓ ｂｅｔｔｅｒ ｓｅ Ｌ ａｄａｐｔｉｖｅ ｃａ ｐａ ｃｉｔｙ ａ ｎｄ
第 ４期 ２０１６年 ４月
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
２６５
锅 炉过 热 蒸 汽 温度控 制 系统 的设 计 与仿 真
刘丽桑 ，张锦 枫
（福建工程学院 福建省数字化装备重点实验室 ，福建 福州 ３５０１１８）
摘 要 ：过热蒸汽温度 的高低直接影响着火电机组的安全性和经济性 。由于过 热蒸汽温度对象具有非线性 、时变等复杂 特 性 ，设 计了一种采用模糊 ＰＩＤ控制策略 的串级控制方案 ，分析 了锅炉过热蒸汽温度在 不同扰动作 用下的动 态特 性 ，设 计 了 ＦＵＺＺＹ—ＰＩＤ控制 器，对 ＰＩＤ控制器参数进行 了整定，并对 ＦＵＺＺＹ－ＰＩＤ控制器和常规控制器的控制效果进行 了仿真 比较 ，最后利用组态王 Ｋｉｎｇｖｉｅｗ开发 了相应的过热蒸汽温度监控 系统。结果表明 ，ＦＵＺＺＹ—ＰＩＤ自适应能力强 ，提高 了系 统对非线性、时变性和不确定性等的处理能力，改善 了控 制效果 ，具有更好的动态特性。 关键词 ：过热蒸汽 ；温度控制；ＦＵＺＺＹ－ＰＩＤ；串级控制 ；Ｋｉｎｇｖｉｅｗ 中图分类号 ：ＴＨ１６；ＴＰ３６８．１；ＴＫ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号：１００１—３９９７（２０１６）０４—０２６５—０３
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毕业设计［论文］题目：温度控制系统智能控制器的设计与仿真2013年5月12日目录摘要 (1)Abstract (1)第一章绪论 (2)1。
1选题背景及其意义 (2)1。
2概述 (2)1。
3温度测控技术的发展与现状 (2)1。
3。
1定值开关控温法....................... 错误!未指定书签。
1。
3.2PID线性控温法 (3)1.3。
3智能温度控制法 (3)第二章被控对象及控制策略........................... 错误!未指定书签。
2.1被控对象 .................................... 错误!未指定书签。
2。
2控制策略 (4)第三章PID控制器的设计与仿真 (5)3.1PID 控制器的模型与设计 (5)3。
2P 、I 、D 控制 (6)3。
2.1比例(P ）控制 (6)3.2.2积分(I)控制 (6)3.2。
3微分（D ）控制 (6)3。
3PID 控制器部分Simulink 的模块 (6)3.4PID 控制器参数的整定 (7)3。
5临界比例度法仿真的步骤 (7)3.5.1控制对象)(1S G 的参数Kp ，Ti ，Td 的整定 (9)3。
5.2控制对象)(2S G 的参数Kp ，Ti ，Td 的整定 (10)3.5。
3控制对象)(3S G 的参数Kp ，Ti ，Td 的整定 (11)3.6对PID 控制器的仿真 (11)3。
6。
1模型一的仿真 (11)3.7对PID控制器的仿真结果分析 (17)第四章Fuzzy控制器的设计与仿真比较 (18)4。
1模糊控制器的设计 (18)4.2模糊控制器的仿真比较 (21)4。
2。
1没有干扰之前的模型和仿真结果 (21)4。
2.2加了干扰之后的模型和仿真结果 (22)4.3对两组仿真结果的分析 (23)结论 (24)参考文献 (25)致谢26温度控制系统智能控制器的设计与仿真摘要基于MATLAB/Simulink仿真环境，针对PID控制器控制过程的缺陷性分析，给出了一种简单有效的智能控制方法.与通常的PID控制进行比较,其优点是非常直观、可以随意修改仿真参数，节省了大量的计算和编程工作量.通过仿真实例最后验证智能控制器的有效性。
关键词：智能控制器;PID控制器；MATLAB/Simulink;参数改变Thetemperaturecontrolsystemoftheintelligentcontrollerde signandsimulationAbstractBeingbasedonthesimulationenvironmentofMATLAB/Simulink,ThePIDtuningisa complicatedprocess。
Givinganeasyandeffectiveintelligentcontrolmethod，makingacomparisonwithPIDcontrolmethod。
Therearemanyadvantages,likeveryaudio-visual，simulationparameterchangingquickly.Thesesavelotsofcalculationandprogrammin g。
Duringthesimulationcases，wecanproveeffectivenessoftheintelligentcontroller Keywords：theintelligentcontroller;PIDcontroller；parametertuning；MATLAB/Simulink第一章绪论1。
1选题背景及其意义在人类的生活环境中,温度扮演着极其重要的角色。
无论你生活在哪里,从事什么工作,无时无刻不在与温度打着交道.自18世纪工业革命以来，工业发展与是否能掌握温度有着密切的联系。
在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。
温度不但对于工业如此重要，在农业生产中温度的监测与控制也有着十分重要的意义.1。
2概述温度是生活及生产中最基本的物理量，它表征的是物体的冷热程度。
自然界中任何物理、化学过程都紧密的与温度相联系。
在很多生产过程中，温度的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系.因此，温度的测量与控制在国民经济各个领域中均受到了相当程度的重视.用微机仿真的方法找到一种比较合适的控制器是当今社会对温度控制研究的方向之一。
通过不断地仿真、分析、在仿真、再分析得出最后的最优控制方案。
1。
3温度控制技术的发展与现状近年来，温度的控制在理论上发展比较成熟，但在实际测量和控制中，如何保证快速实时地对温度进行采样，确保数据的正确传输,并能对所测温度场进行较精确的控制,仍然是目前需要解决的问题。
温度控制技术按照控制目标的不同可分为两类：动态温度跟踪与恒值温度控制。
动态温度跟踪实现的控制目标是使被控对象的温度值按预先设定好的曲线进行变化。
在工业生产中很多场合需要实现这一控制目标，如在发酵过程控制，化工生产中的化学反应温度控制，冶金工厂中燃烧炉中的温度控制等；恒值温度控制的目的是使被控对象的温度恒定在某一给定数值上，且要求其波动幅度(即稳态误差)不能超过某允许值。
从工业控制器的发展过程来看，温度控制技术大致可分以下几种：1.3。
1定值开关控温法所谓定值开关控温法，就是通过硬件电路或软件计算判别当前温度值与设定目标温度值之间的关系，进而对系统加热装置（或冷却装置)进行通断控制。
若当前温度值比设定温度值高，则关断加热器，或者开动制冷装置;若当前温度值比设定温度值低,则开启加热器并同时关断制冷器。
这种开关控温方法比较简单，在没有计算机参与的情况下，用很简单的模拟电路就能够实现.目前，采用这种控制方法的温度控制器在我国许多工厂的老式工业电炉中仍被使用.由于这种控制方式是当系统温度上升至设定点时关断电源,当系统温度下降至设定点时开通电源，因而无法克服温度变化过程的滞后性，致使被控对象温度波动较大，控制精度低，完全不适用于高精度的温度控制。
1.3。
2 PID线性控温法这种控温方法是基于经典控制理论中的PID调节器控制原理，PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好、可靠性高等优点被广泛应用工业过程控制中，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。
由于PID调节器模型中考虑了系统的误差、误差变化及误差积累三个因素，因此,其控制性能大大地优越于定值开关控温。
其具体控制电路可以采用模拟电路或计算机软件方法来实现PID调节功能。
前者称为模拟PID控制器,后者称为数字PID控制器。
其中数字PID控制器的参数可以在现场实现在线整定,因此具有较大的灵活性，可以得到较好的控制效果.采用这种方法实现的温度控制器，其控制品质的好坏主要取决于三个PID参数（比例值、积分值、微分值）.只要PID参数选取的正确，对于一个确定的受控系统来说,其控制精度是比较令人满意的。
但是，它的不足也恰恰在于此,当对象特性一旦发生改变,三个控制参数也必须相应地跟着改变,否则其控制品质就难以得到保证。
1。
3.3智能温度控制法为了克服PID线性控温法的弱点，人们相继提出了一系列自动调整PID参数的方法,如PID参数的自学习，自整定等等.并通过将智能控制与PID控制相结合，从而实现温度的智能控制.智能控温法以神经网络和模糊数学为理论基础,并适当加以专家系统来实现智能化。
其中应用较多的有模糊控制、神经网络控制以及专家系统等。
尤其是模糊控温法在实际工程技术中得到了极为广泛的应用。
目前已出现一种高精度模糊控制器,可以很好的模拟人的操作经验来改善控制性能,从理论上讲，可以完全消除稳态误差。
所谓第三代智能温控仪表，就是指基于智能控温技术而研制的具有自适应PID算法的温度控制仪表。
目前国内温控仪表的发展,相对国外而言在性能方面还存在一定的差距，它们之间最大的差别主要还是在控制算法方面，具体表现为国内温控仪在全量程范围内温度控制精度比较低，自适应性较差。
这种不足的原因是多方面造成的，如针对不同的被控对象，由于控制算法的不足而导致控制精度不稳定。
第二章被控对象及控制策略控制系统意味着通过它可以按照所希望的方式保持和改变机器、结构或其他设备内任何感兴趣或可变化的量。
控制系统同时是为了使被控制对象达到预定的理想状态而实施的。
控制系统使被控制对象趋于某种需要的稳定状态。
2.1被控对象本文的被控对象电烤箱或者电炉的温度。
设计目的是要对它的温度进行控制，达到调节时间短、超调量为零且稳态误差在±1℃内的技术要求。
在工业生产过程中，控制对象各种各样。
理论分析和实验结果表明:电加热装置是一个具有自平衡能力的对象,可用二阶系统纯滞后环节来描述。
然而，对于二阶不振荡系统，通过参数辨识可以降为一阶模型。
因而一般可用一阶惯性滞后环节来描述温控对象的数学模型。
所以,电烤箱模型的传递函数为:1)(+•=-TS e K S G sτ（2—1)式(2—1)中K-对象的静态增益T —对象的时间常数τ—对象的纯滞后时间目前工程上常用的方法是对过程对象施加阶跃输入信号，测取过程对象的阶跃响应,然后由阶跃响应曲线确定过程的近似传递函数。
由于本文是对温度控制系统的控制方式（采用什么样的控制器）优劣的探究,所以对于控制对象不是主要的研究对象，这里取三组控制温度控制对象的模型)(S G 如下：1220)(5.01+=-S e S G s（2—2）1420)(5.02+=-S e S G s（2—3）)14)(12(20)(5.03++=-S S e S G s(2—4）2.2控制策略图2-1控制流程图分别设计PID 和Fuzzy 控制器，并做多层次不同比较各自性能，得出最优控制方法.其中Yd=1,1)()2)0.1t d ξ⎧=⎨=⎩白噪声 方差0.0001确定干扰,采样周期为0.1s.)(11)(s E S T S T K s U d i p ⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=（3-1）或写成传递函数形式：)11()()()(S T S T K S E S U S G d i p p ++==（3—2）公式中U(s ）和E （s ）分别是u(t ）和e(t ）的拉氏变换,其中p K 、i T 、dT分别控制器的比例系数、积分时间常数、微分时间常数。
3.2P、I、D控制3。
2.1比例(P）控制比例控制是一种最简单的控制方式。
其控制器输出与输入误差讯号成比例关系。
当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。
3。
2.2积分(I)控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差讯号成正比关系.对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。