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徐 州 师 范 大 学 科 文 学 院
本科生毕业论文（设计）
论 文 题 目：基于模糊PID的电阻炉温度控制系统设计 姓 名： 学 号：
专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 指 导 教 师：
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。
近年来模糊PID控制在许多控制应用中都取得了成功，模糊PID控制应用于控制系统设计不需要知道被控对象精确的数学模型，对于许多无法建立精确数学模型的复杂系统能获得较好的控制效果，同时又能简化系统的设计，因此，在电阻炉温度控制系统中，模糊PID控制就成为较好的选择。本文主要给出了电阻炉系统的模糊PID控制设计。首先介绍了PID控制和模糊控制理论的相关知识，基于电阻炉的数学模型， 提出了用PID和模糊PID理论实现对温度进行控制的方案，然后给出仿真，通过比较证明了模糊PID控制的可行性和优点。
关键词 ： 温度控制 模糊PID控制 电阻炉 仿真
I
Abstract
The resistance furnace is a kind of pure inertial system lags behind the door, switch, environmental temperature and heating material, voltage control process, etc. Influence of traditional heating control system based on certain mostly based on the model, the heating process requirements to guarantee.
In recent years, fuzzy PID control application in many the success, fuzzy PID control applied to control system design, need not know is accurate mathematical model for many cannot be established mathematical model of complex systems can gain better control effect, also can simplify system design, therefore, in the resistance furnace temperature control system, the fuzzy PID control becomes better choice. This paper discusses the application of fuzzy PID control system, control theory of resistance furnace is introduced first exhaustive PID control and fuzzy control theory of knowledge, and proposed in this foundation with PID and theory of fuzzy PID control scheme for temperature is established, based on the resistance furnace temperature of simple mathematical model of fuzzy PID controller, and then, by comparing the simulation proves its feasibility.
Key words: Temperature control resistance furnace Simulation
II
Fuzzy PID control The
目 录
摘 要 ....................................................................................................................................... I Abstract ..................................................................................................................................... II
1 绪论 ........................................................................................................................................ 1
1.1 课题的提出和意义 .................................................................................................. 1
1.2 温度控制系统控制方案 .......................................................................................... 1 1.3 本文的工作 ................................................................................................................ 4 2 模糊PID控制 .................................................................................................................. 5
2.1 常规PID控制 ............................................................................................................ 5 2.2 模糊控制 ..................................................................................................................... 9 2.3 模糊PID控制 ......................................................................................................... 13 3 电阻炉温度控制系统的模糊PID设计 .......................................................... 16
3.1 电阻炉系统数学模型的建立 ............................................................................. 16 3.2 电阻炉模糊控制器的建立 .................................................................................. 18 3.3 电阻炉模糊PID控制器设计 ............................................................................. 20 4 仿真研究与比较 .......................................................................................................... 28
4.1 PID控制 ................................................................................................................... 28 4.2 电阻炉模糊控制 .................................................................................................... 29 4.3 电阻炉模糊PID控制 ........................................................................................... 29 4.4 比较与总结 ............................................................................................................. 30 5 总结与展望 ..................................................................................................................... 32
致谢 ............................................................................................................................................. 33 参考文献 .................................................................................................................................. 34
III
徐州师范大学本科生毕业设计 基于模糊PID的电阻炉温度自动控制系统
1 绪论
1.1 课题的提出和意义
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。在工业生产过程中，为了高效地进行生产，必须对生产工艺过程中的主要参数，如温度、压力、流量、速度等进行有效的控制，其中温度控制在生产过程中占有相当大的比例。准确地测量和有效地控制温度是优质、高产、低耗和安全生产的重要条件。而且在我们的日常生活中也使用微波炉、电阻炉、电热水器、空调等家用电器，温度与我们息息相关。可见温度控制电路广泛应用于社会生活的各个领域，所以对温度进行控制是非常有必要和有意义的。
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使控制系统性能不佳。在关于温度控制的绝大部分文献资料中，控制结果都是有超调的而且很多时候超调量较大，本论文是基于这一特点，研究一种控制方案使其调节时间快，稳态误差也非常小的理想效果。
1.2 温度控制系统控制方案
计算机技术的发展极大地推动了工业控制系统的进步，而现代控制理论的发展，人工智能技术的深入研究，为控制系统的理论领域增加了新的内容。计算机硬件与控制软件的紧密结合必然导致新型的微机控制系统的出现。温度微机控制系统常用的控制方案有以下三类经典控制方案、基于现代控制理论的设计方案和智能控制方案。
第一类: 经典控制方案
经典控制方案可分为数字控制器的间接设计方案和数字控制器的直接设计方案。数字控制器的间接设计方案是一种根据模拟设计方案转换而来的设计方案。传统模拟系统中的控制器设计己有一套成熟的方法，其中以PID控制器为代表。PID控制器具有原理简单、易于实现、适用范围广等优点。将模拟控制器转换成数字控制器是用离散时近似方法将一连续时间系统的控制规律离散为数字控制器的控制规律，其中为确保数字控制器与模拟控制器的近似，要适当选择采样周期。
第二类: 基于现代控制理论的设计方案
现代控制理论以线性代数和微分方程为主要的数学工具，以状态空间法为基
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