模糊PID控制算法在木塑复合材料挤出温度控制中的仿真研究

摘要

木塑复合材料兼备木材和塑料两者的优良性能，从而越来越成为企业研究和开发的重点，成为高性能、高附加值的绿色环保复合材料。因此，如何利用自动控制系统降低能耗、提高木塑复合材料的产量和质量是该研究领域要致力解决的问题，对于木塑复合材料挤出过程中，按工艺要求控制挤出机料筒和机头温度并减少其波动，对提高制品产量、质量都是极其重要的。
　　本文以木塑复合材料挤出机的温度系统为研究对象，首先分析了木塑复合材料挤出工艺及原理，在此基础上，提出了木塑复合材料挤出机温升的控制思想及控制方案。基于PID及其参数整定算法和模糊控制特点，提出了一种复合式控制方法-模糊PID复合控制算法，并将此算法与PID控制算法、模糊控制算法进行了仿真比较。
　　本文的主要研究内容有如下几个方面:
　　1.本文对木塑复合材料挤出机温升系统可以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。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。由于系统延迟，进行PID控制时，同时考虑了PID结合Smith预估器的控制方法。
　　2.第二个研究方案是模糊控制，研究了模糊控制的机理，确定了挤出机模糊控制器的结构。通过对木塑复合材料挤出机温升特点的分析，建立了模糊控制规则表。
　　3.针对挤出系统温度的控制特点和难点，结合模糊控制算法和PID控制算法的优缺点，提出将模糊PID复合控制算法应用于木塑复合材料挤出温升系统，并对它进行了详细的分析设计。
　　4.介绍了MATLAB及Simulink仿真的应用。以简化的挤出机模型为控制对象，在MATLAB中对本文提出的模糊PID复合控制算法进行仿真试验，并与模糊控制算法、PID及含有Smith的PID的控制算法进行仿真比较。结果表明，本文所提出的模糊PID复合控制算法不仅具有强鲁棒性、强抗干扰性和良好的动、静态性能，而且系统设计方法简单，为该算法的实际应用奠定了基础。

目录

摘要

1 绪论

1．1 木塑复合材料挤出温度控制的目的和意义

1．2 木塑复合材料挤出温度控制的研究应用概况

1．2．1 目前国内外挤出机温度控制方法概述

1．2．2 挤出机传统温度控制方法的缺陷

1．2．3 工业中温度控制常用的控制策略

1．3 论文的主要研究内容

2 木塑复合材料挤出机工艺

2．1 木塑挤出工艺及原理

2．2 木塑挤出生产线的组成

2．2．1 挤出机主机部分

2．2．2 挤出机辅机部分

2．2．3 挤出机温度控制系统

2．3 本章小结

3 挤出机控制算法研究

3．1 木塑复合材料挤出温度系统模型

3．1．1 挤出机温度系统特性及仿真条件

3．1．2 挤出机温度控制仿真模型

3．2 挤出机温度控制算法原理及研究

3．2．1 PID控制理论

3．2．2 模糊控制理论

3．2．3 模糊PID复合控制算法研究

3．3 本章小结

4 木塑挤出控制系统仿真研究

4．1 仿真工具

4．2 控制系统仿真研究

4．2．1 仿真比较及分析

4．2．2 抗干扰能力的比较

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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