基于模糊PID参数自整定的温度控制系统的研究(精)
基于参数自整定模糊PID控制的抗生素发酵罐温度控制系统
度 ，℃ 。
器 ， 其 由传 感 器 和 变 送 器 两 部 分 组 成 ， 安 装 于
发 酵 罐 侧 壁 ，输 出 与 温 度 成 正 比 的４ ２ ｍＡ直 ～ ０ 流 电流 信 号 。 根 据 厂 家 的 要 求 ， 发 酵 罐 的 温 度 控 制 偏 差 为 ： ±０５ 。发 酵 罐 温 度 是 通 过 蛇 形 ．℃ 管 间 接 冷 却 控 制 的 ，通 过 控 制 调 节 阀 的 开 度 ，
Ｇｓ＝— （）
ｅ
第３ 卷 ３ 第９ 期 ２ １ ９ 上 ） ［ １ ０１ （ ６１
、 Ｉ
２２ 发 酵罐 温度的参 数 自整 定模糊 Ｐ Ｄ 制算法 的 ． Ｉ控 ＭＡ Ｌ 仿真 Ｔ ＡＢ
在ＭＡ Ｌ Ｂ Ｓｍｕｉｋ 境 中对 该参 数 自整 定 Ｔ Ａ ／ｉ ｌ 环 ｎ
匐 化
如 图３ 所示 。
图３ ＰＤ 制 阶 跃 响 应 和模 糊 ＰＤ 制 阶 跃 响 应 Ｉ控 Ｉ控
分 析仿 真 结 果 ： 由 在单 位 阶跃 信号 下 的 常规 Ｐ Ｄ控 制 与模 糊 自适 应 Ｐ Ｄ控 制 器 的 响应 曲线 可 Ｉ Ｉ 知 ，模糊 自适 应ＰＤ的 控制方 式获 得 的系统动 态 响 Ｉ 应 曲线较 好 ， 响应 时 间 短 、超 调 量 小 ，且 稳 态精 度 高 ， 系统 遇 到干 扰 时 能很 快 恢 复稳 态 ，动 静 态 性能 好 。
的不 同而 不 同 ，因 此 控 制 比 较 困 难 。传 统 的Ｐ Ｄ Ｉ 控 制 已 不 适 用 于 该 控 制 对 象 。 根 据 该 厂 的 控 制 系统 的 现 状 和 抗 生 素 生 产 的工 艺 要 求 ，将 Ｐ Ｄ控 Ｉ 制 和 模 糊 控制 相 结 合起 来 的参 数 自整 定 模 糊 Ｐ Ｄ Ｉ
吹膜机的模糊自整定PID温度控制系统的设计及应用
吹膜机的模糊自整定PID温度控制系统的设计及应用方永锋;方昱斌【摘要】According to the large lag, nonlinear characteristics of the temperature control system of an inflation film manufacturing machine, a fuzzy self-tuning PID temperature control system was designed by using the combination of convention PID and fuzzy control.The system uses the fuzzy control rule to achieve the online parameter adjustment and the optimal effect of PID temperature control.The simulink simulation model for the control system was established, and the simulation analysis for the simplified model of the temperature control system was conducted.The results of simulation show that such a fuzzy self-turning PID controller has the advantages of both small overmodulation and short responsetime ,which make the system has the better control performance.%根据吹膜机温度控制系统的大滞后、非线性等特点,将常规PID控制和模糊控制相结合,设计了一种模糊自整定PID温度控制系统,该系统通过模糊控制规则实现PID控制器的参数的在线调整,以获得PID温度控制的最佳控制效果.建立了Simulink仿真模型,并对吹膜机温度控制系统的简化模型进行了仿真和分析.仿真结果表明:模糊自整定PID控制器有更小的超调量和更快的调节时间,使系统具有更好的控制性能.【期刊名称】《高技术通讯》【年(卷),期】2017(027)002【总页数】6页(P156-161)【关键词】模糊自整定;PID控制器;温度控制;仿真【作者】方永锋;方昱斌【作者单位】贵州工程应用技术学院机械工程学院毕节 551700;上海大学机电工程与自动化学院上海 200072【正文语种】中文塑料薄膜因具有轻便、耐性好等优点而得到广泛应用。
基于模糊PID的高精度温度控制系统
基于模糊PID的高精度温度控制系统张宝峰; 张燿; 朱均超; 豆梓文; 符烨【期刊名称】《《传感技术学报》》【年(卷),期】2019(032)009【总页数】5页(P1425-1429)【关键词】温度控制; 模糊PID; 半导体制冷器; 闭环控制【作者】张宝峰; 张燿; 朱均超; 豆梓文; 符烨【作者单位】天津理工大学光电器件与通信技术教育部工程研究中心天津300384; 天津理工大学电气电子工程学院天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室天津300384【正文语种】中文【中图分类】TP393温度的测量是工业生产中一个重要指标,其精度严重影响产品质量、生产工艺和生产安全,需要定期对温度传感器进行计量和校准,以保证温度测量的精度[1]。
但在某些特定场合,如工业生产线或者石油钻井平台,温度传感器难以拆卸下来进行校准,需要现场进行标定。
因此,设计一款用于现场校准温度传感器的便携式温度控制系统具有非常重要的现实意义[2]。
目前便携式的高精度温度控制系统大多使用半导体制冷器(Thermo Electric Cooler,TEC)来作为控制对象,来间接稳定被控物体的温度[3]。
其中,美国Fluke(福禄克)公司研制的高精度干式计量炉的控温性能处于世界领先地位[4]。
国内也有一些厂家在研究生产便携式的温度控制系统,但控温精度一般在0.01 ℃左右,整定速度不够快,控温效果还不够理想[5]。
本文利用模糊PID算法展开高精度大范围温度方法研究,在获得高精度稳定度的同时,提高整定速度;采用高精度铂电阻温度传感器和大功率TEC驱动电路相结合,设计并制作了一套基于模糊PID的高精度温度控制系统。
1 温度控制原理1.1 TEC的工作原理半导体制冷器是一种根据帕尔贴效应工作的电流型工作器件[6]。
其内部是由P型半导体和N型半导体组成的热电偶对[7]。
当有电流流过回路时,半导体内部会相应的吸收和放出热量来改变自身的势能,从而在半导体制冷器的两端形成冷端和热端,当电流方向改变时,其冷热两端也会发生互换[8]。
基于模糊PID控制器的控制方法研究_王述彦
2011年第30卷1月第1期机械科学与技术Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering January Vol．302011No．1收稿日期：2009－06－16基金项目：教育部留学基金项目（0004-1005）资助作者简介：王述彦（1963－），副教授，博士研究生，研究方向为工程机械理论及设计，wangshuyan63@163．com 王述彦基于模糊PID 控制器的控制方法研究王述彦，师宇，冯忠绪（长安大学工程机械学院教育部“道路施工技术与装备”重点实验室，西安710061）摘要：为解决工程机械多功能试验台二次调节加载系统的控制问题，笔者简介了PID 控制和模糊控制的原理及特点，提出了模糊PID 控制器的模糊PID 自整定控制方法。
在模糊PID 控制器的设计中，分析了模糊PID 控制器的控制原理；确定了模糊语言变量和隶属函数；制定了模糊规则以及模糊推理和解模糊的方法。
最后，分别采用PID 控制和模糊PID 控制对试验台二次调节加载系统进行了仿真。
研究表明模糊PID 自整定控制具有良好的校正性能，改善了二次调节加载系统的动态响应，提高了控制效果。
关键词：PID 控制；模糊控制；模糊PID 控制器；二次调节；试验台；仿真中图分类号：TH122文献标识码：A 文章编号：1003-8728（2011）01-0166-07A Method for Controlling a Loading SystemBased on a Fuzzy PID ControllerWang Shuyan ，Shi Yu ，Feng Zhongxu（Ministry of Education Key Laboratory for Technology And Equipment of Highway Construction ，College of Construction Machinery ，Chang'an University ，Xi'an 710064）Abstract ：To control the loading system for secondary regulation of the multi-functional experimental bench of con-struction machinery ，we introdue the theory and characteristics of PID control and fuzzy control．We put forward a control method of fuzzy auto-tuning PID for a fuzzy PID controller．During the process of designing the controller ，we analyze the control theory of the fuzzy PID controller ，determine variables of fuzzy statements and sub-ordinative functions and stipulates the methods of fuzzy rules ，fuzzy reasoning and creates solutions of the fuzziness．Finally ，we make simulation of the loading system of secondary regulation of the bench in the method of PID control and fuzzy PID control．The result shows that the fuzzy auto-tuning PID control is a good control method with correcting ability and it improves the dynamic response of the loading system．Key words ：PID control ；fuzzy control ；fuzzy PID controller ；secondary regulation ；experimental bench ；simulation长安大学最新研制的工程机械多功能试验台可悬挂多种工程机械工作装置，用于研究工程机械牵引及加载性能，该试验台牵引（加载）液压系统采用了二次调节加载系统。
最新温度控制系统的模糊PID参数整定及MATLAB仿真
当温差e较大时，为使温度控制系统具有较好的快 速跟踪性能，即温差较大时，温度要以较快速率 _______________________________________
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4.利用fuzzy模糊逻辑工具箱建立模糊控
制器
(1)输入/输出语言变量的建立 在MATLAB 环境ห้องสมุดไป่ตู้键入fuzzy 命令，进入模糊逻辑工具箱(如图)所
对建立的温度箱__加___热____模____型____，___在____m___a__t_l_a__b__上____仿真经整定后，得Kp等
于4.25时，响应曲线符合以上___衰___减____规_ 律，最终取Kp=0.8*4.25=3.4，
图1-1 simulink模块化系统PID仿真模型
仿真的时间选择1000 秒，设定误差值为40。仿真结果后如下图：
由于温度控制系统的设计目的是要使温度从30 度上升到70度，各种 指标和前面的PID 一致，但要实现控制速度提升且实现零超调。所 以温度的偏差e的论域设定为-40 到40.偏差变化率ed的论域整定为0.2 到0.2。设计的目的是实现PID 参数在线的自整定，在前面调试 出的曲线中可以知道，当Kp取3.4，Ki 取0.0028，Kd 取100 的时候， 系统有比较令人满意的曲线，所以在这个基础上，可以设定Kp 的 论域范围为2.7到3.6，Ki的范围为0.0022 到0.0028，Kd 的范围取60 到150。
图1-2 PID控制器作用下的仿真曲线图 _______________________________________ ___________
2.模糊PID控制器参数论域的确定
基于模糊-PID参数自整定控制的循环流化床床层温度控制
量作清晰化后送至对应 的执行器来控 制被控对象的过程 。
Ｆ Ｌ Ｃ由模糊化 、模 糊推理 、清 晰化这几个部分 构成 ，具体
二阶 喷性 系统 ，且 其参数随运行工况 的不断变化而变化 ， 很难用 数学模 型进行描述 ，因此 常规 的纯Ｐ Ｉ Ｄ 控 制系统无 法满足控制要 求。而模糊控制则是一种 仿人工智能 的控制 方法 ，它不依赖于基于对象 的数 学模型 ，通过对模糊 信息 的处理 ，可以对复杂对象实施 良好 控制 。模糊控制 系统的
进ＡＰ Ｉ Ｄ 控制器进行Ｐ Ｉ Ｄ 控制 。它可 以由以下 函数表示 ：
“ （ 七 ） ＝Ｋ ｐ ｅ （ ） ＋ ８ （ ｆ ） ＋ ｅ ｃ （ ｋ ）
其 中，ｅ（ ｋ）表示系统误差 ，ｅ ｃ（ ｋ）表示系统误差变 化率 。对于Ｃ Ｆ Ｂ 床温 ，有 ：
ｅ （ ｋ ） ＝ Ｔ （ ｔ ） 一 Ｔ ｓ （ ｔ ）
性 、时变 、强耦合 的复杂控制对象 ，使得 实现床温 自动控 制较难 。影 响床温的 因素很多 ，主要是 煤质 、给煤量 、石
卜
ｅ
当锅 炉 额定 工 况 时 ，增 益 Ｋ 基本 保持在０ ． ９ ８ 左 右 ，惯
性 时间常数Ｔ 为１ ２ ６ ｓ ，阶次为２ ，迟 延时间Ｔ 为２ ｓ 左右 。即
１ 概述
循 环流化 床锅炉 （ Ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ ｉ ｚ ｅ ｄ Ｂ ｅ ｄ Ｂ ｏ ｉ ｌ ｅ ｒ ，
Ｃ Ｆ Ｂ Ｂ）的床 温是影 响锅炉 燃烧效 率 、脱 硫效率 ，以及氮 氧化物 、一 氧化碳 排放的主要 因素 ，一 般要求床温控制在 ８ ５ ０ ￣ Ｃ～ ９ ０ ０ ￣ Ｃ 之 间 ，在这个 区间 内 ，不仅燃烧效 率高 、炉 内脱硫效 果最佳 ，同时Ｎ Ｏ ｘ 排放 量也 比较小 ，所 以维持正 常的床温是循环流化床锅炉稳定 、经 济运行 的关键 。 然而 循环 流化 床 锅炉是 一 个 多变量 、大惯性 、非线
本科大作业模糊PID温控
模糊PID温度控制系统摘要温度控制在工业控制中一直是富有新意的课题，对十不同的控制对象，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、调节时间短目‘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。
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Kp 、Ki和Kd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。
关键词温度控制;模糊PID控制;参数整定;仿真Abstract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。
PID控制器参数模糊自整定研究
PID控制器参数模糊自整定研究PID控制器是一种广泛使用的工业控制系统组件，它可以根据设定值和实际输出值之间的误差来调整控制系统的增益，以实现系统的稳定性和性能优化。
然而，传统的PID控制器参数整定方法通常需要手动调整，这不仅需要丰富的经验，而且也难以保证参数的最优性。
因此，研究PID控制器参数的自动整定方法具有重要意义。
在过去的几十年中，模糊自整定技术成为了一种流行的PID控制器参数自动整定方法。
该技术结合了模糊逻辑和参数辨识，通过不断监测系统的运行状态，以及根据系统性能指标的变化来自动调整PID控制器的参数。
目前，关于PID控制器参数模糊自整定的研究已经取得了一定的进展。
在理论研究方面，研究者们已经提出了一些有代表性的模型和算法，如基于规则的模糊自整定、基于人工神经网络的模糊自整定等。
在实验研究方面，研究者们已经在各种实际应用场景中验证了模糊自整定技术的有效性和优越性，如电机控制、化工过程控制等。
模糊自整定技术的原理是基于模糊逻辑和参数辨识。
通过参数辨识算法来识别控制系统的参数，以确定PID控制器的最佳参数组合。
然后，利用模糊逻辑推理来确定PID控制器的输出，以实现对控制系统的有效控制。
根据系统的性能指标，如超调量、调节时间等，来反馈调节PID控制器的参数，以实现控制效果的优化。
在PID控制器中应用模糊自整定技术时，需要设置一些模糊参数，如输入输出变量的模糊化程度、模糊规则等。
这些参数的选择对控制效果有着重要影响。
因此，在实际应用中，需要根据具体系统和控制要求来合理设置这些参数，以达到最佳的控制效果。
通过分析实际案例，我们发现模糊自整定技术在PID控制器中的应用取得了显著的成果。
例如，在电机控制系统中，模糊自整定技术成功地提高了系统的稳定性和响应速度。
在化工过程控制中，该技术有效降低了系统的误差和超调量，提高了控制精度。
模糊自整定技术在PID控制器参数整定中具有重要意义和应用价值。
通过将模糊逻辑和参数辨识相结合，它可以实现PID控制器参数的自动调整和优化，从而提高控制系统的性能。
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基于模糊PID参数自整定的温度控制系
统的研究
摘要：工业温度控制系统具有非线性、时变性和滞后性等特性，严重影响温度控制的快速性和准确性，为了解决常规PID参数调节在温度控制中适应性差，调节效果不理想的问题，这里采用了模糊PID参数自整定控制方法，用模糊控制规则对PID参数进行修改，利用Matlab的Simulink仿真工具箱做了常规PID与模糊PID的仿真对比试验。
仿真结果表明，模糊PID参数自整定控制效果在超调量和调节时间上都小于常规PID，提高系统快速性和准确性，改善了温
摘要：工业温度控制系统具有非线性、时变性和滞后性等特性，严重影响温度控制的快速性和准确性，为了解决常规PID参数调节在温度控制中适应性差，调节效果不理想的问题，这里采用了模糊PID参数自整定控制方法，用模糊控制规则对PID参数进行修改，利用Matlab的Simulink仿真工具箱做了常规PID与模糊PID的仿真对比试验。
仿真结果表明，模糊PID参数自整定控制效果在超调量和调节时间上都小于常规PID，提高系统快速性和准确性，改善了温度系统动态性能。
关键词：温度控制；Matlab仿真；模糊规则；PID
在工业生产过程中温度是重要的控制参数之一，对温度的有效控制对于保证生产质量具有重大的现实意义和理论价值。
工业温度控制系统具有非线性、时变性和滞后性等特性，而常规PID控制器参数往往整定不良，性能欠佳，对运行的工作情况适应性差，导致常规PID控制不能使温度控制达到理想效果。
为了改善常规PID控制效果，增强系统的适应性，实现PID参数自整定，本文设计出一种PID参数自整定的模糊控制器。
利用模糊逻辑对PID控制器参数进行调整实现控制效果最优，将温度作为控制对象，并利用Matlab的Simulink工具箱实现仿真对比分析常规PID与模糊PID的曲线，最后应用到实际的温度控制系统中，对比分析常规PID与模糊PID的控制效果。
1 PID控制算法的相关介绍
1．1 PID控制算法
PID控制器因为结构简单、容易实现，并且具有较强的鲁棒性，因而被广泛应用于各种工业过程控制中。
在传统PID控制中，PID参数在线整定一直是人们研究的问题之一，最早提出PID参数工程整定方法的是Z-N整定公式，至今仍然在工业控制中应用。
而常规PID整定参数的选择取决于多种因素，比如被控对象的动态性能、控制目标以及操作人员对系统的理解等，因此肯定造成整定效果不理想。
人们发现单纯靠常规PID控制算法是无法完成各种复杂控制的。
在这种背景下，专家首次提出了基于继电器反馈的自适应PID控制系统应用于工业控制领域中。
近年来国外对于Fuzzy-PID的研究已经由先前的基于专家经验的模糊控制技术实现PID参数调整的研究，逐渐转向基于人工智能神
经网络、遗传理论的模糊复合控制技术与常规PID结合的复杂控制，比如基于遗传算法的PID控制、基于蚁群算法的PID控制等。
近20年来，在理论研究基础上，具有模糊推理的自整定PID控制器也相继问世。
此外，各种智能控制算法相互结合，如模糊神经网络、模糊免疫算法等，也不断为智能PID技术的发展增加新的活力。
1．2 PID参数整定
一般的PID参数整定方法大多通过一些简单的实验获取系统模型或性能参数，再用代数规则给出适当的PID整定值，或者根据多年的经验，给出参数值，这些方法简单，便于工程应用，但参数的整定效果不理想。
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。
过程参数甚至可能会随着时间和工作环境的变化而变化。
这就要求在PID 控制中，不仅参数的整定不依赖系统的数学模型，并且能够在线调整，以满足实时控制的要求。
模糊PID控制不仅具有智能控制的自学习、自适应、自组织的能力，能够自动辨识被控过程参数、适应被控过程参数的变化，而且又具有常规PID控制器结构简单、鲁棒性强、可靠性高的特点。
因此模糊PID控制成为控制领域中较为理想的一种控制方法。
模糊控制与PID控制的结合形式很多，本文采用的是模糊PID参数自整定的方法。
2 温度控制的数学模型
2．1 温度控制系统组成
考虑图1所示的温度控制系统。
该温度控制系统主要构成部分是储水箱、智能仪表、锅炉、换热器以及闸阀、传感器等，智能仪表作为控制器，0～380V加热丝作为执行机构，锅炉中水的温度作为控制对象，温度传感器作为反馈环节，常规PID与模糊PID的控制参数输入智能控制器，然后输出4～20 mA 模拟信号调节0～380 V电压控制加热丝加热的程度。