丶使用方便丶控制精度好等优点,而且具有更大的灵活性丶整定性丶控制精度更好,是目前较为先进的一种控制系统。采用MATLAB对模糊定PID参数控制系统进行计算机仿真可快速方便地实现多种规则的准确仿真效果,极大地提高模糊PID参数控制系统设计的效率和准确性。
课题发展现状和前景展望
近些年来,模糊PID控制得到了很快的发展。我国在模糊理论及模糊技术的研究和应用等方面已经形成了较大的规模,模糊技术已经成了研究和应用的热门技术。在日本,模糊控制得到了广泛的应用。许多公司成立了模糊系统研究机构专门从事模糊系统的研究。并取得了很好的进展,表现在模糊控制在洗衣机、吸尘器、冶金、制造等自动控制行业中的应用。除此之外,模糊逻辑芯片和模糊计算机的研制也取得了进展。目前,模糊控制PID已逐步应用于控制、通信、医药等多个领域
从1965年美国著名控制论学者L.A.Zadeh发表开创性论文,首次提出一种完全不同于传统数学与控制理论的模糊集合理论,到1986年世界上第一块基于模糊逻辑的人工智能芯片在著名的贝耳实验室研究成功,其间只经历了短短的20年。为加快模糊控制理论的研究,1972年,以日本东京大学为中心,发起成立了“模糊控制系统研究会”。1974年在加利福尼亚大学的美日研究班上,进行了有关“模糊集合及其应用”的国际学术交流。我国对模糊理论与应用的研究起步较晚,但发展较快,在模糊控制,模糊辨识,模糊聚类分析,模糊信息论等领域取得了不少有实际影响的结果。1981年,我国成立了模糊系统和模糊数学学会,并创办了世界上第二份模糊专业学术杂志《模糊数学》,1987年,易名为《模糊系统与数学》。全国至少有40多所高校开设模糊数学课程,以出版的有关模糊系统方面的著作有50多本,正式发表的论文上千篇,引起模糊界的特别重视。尽管模糊理论的提出至今只有30多年,但其发展迅速,模糊控制理论这门新兴的学科具有强劲的生命力和十分令人鼓舞的应用前景。
课题主要内容和要求
模糊自适应PID控制算法对具有较大的滞后性、非线性、时变性的被控对象有较好的控制效果。以电加热炉温度控制系统为对象,设计一个模糊自适应
PID控制器,进行仿真研究和性能分析。
1.阐述模糊自适应PID控制的原理; 2.基于单片机模糊自适应PID控制器硬件结构的设计; 3.控制系统软件流程图的编制;
4.绘制硬件结构图(进行仿真研究和性能分析); 5.说明书的编制;
研究方法、步骤和措施
常用的电加热炉温度控制方案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、神经网络等智能控制方法应用于电加热温控系统中,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。具体方法使用模糊控制。
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,达到调节温度目的。使用模糊控制与PID控制相结合的模糊自适应PID控制方法,所需做的工作:
1.针对电加热炉实际应用中的特点,对被控对象进行机理分析,建立被控对象的数学模型,选择适合于电加热炉温度控制的纯PID控制、加入Smith预估器的PID控制、模糊控制方案进行控制,并利用Maltlb软件的Simulink开发环境和模糊逻辑工具箱对他们的控制性能进行仿真研究。
2.针对PID控制和模糊控制方案不能满足系统性能指标的要求,结合
二者的优点,设计了基于模糊自适应PID的电加热炉温度控制器,使之达到相应速度快、超调量小于0.5%、稳态误差在1℃左右的系统性能指标,并利用Maltab软件的Simulink开发环境和模糊逻辑工具箱对它的控制进行仿真验证,同时也对模糊自适应PID这一控制方案进行了抗干扰性和鲁棒性分析,结果表明,该控制方案适应性较强。
3.以STC89C52单片机为核心控制器,设计一个智能温度控制器,包括总体方案设计、硬件电路设计和软件设计,实现温度的采集与控制、超限报警灯功能。