基于模糊PID控制的电锅炉温度控制系统的研究

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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。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。
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