基于虚拟仪器电加热器模糊控温系统设计

摘要

温度是流程工业中极为常见的热工参数，对其的控制也是过程控制的一个重点。由于加热机理、加热装置特殊结构等具体原因，使得过程对象经常具有大时滞、非线性、难以建立精确数学模型等特点，利用传统的PID控制策略对其进行控制，难以取得理想的控制效果。
　　模糊控制是基于模糊集合理论发展起来的模糊数学的一个重要的应用分支，是模糊数学和自动控制理论相结合产生的新型控制策略。被控对象或过程存在非线性、时变性、多参数强烈耦合、随机干扰、过程机理错综复杂及现场测量条件不确定，不能建立被控对象或过程的精确数学模型时，模糊控制的专家规则式的控制方式为其提供了一种较为理想的控制策略。虚拟仪器软件LabVIEW是美国NI公司开发的一个图形化开发平台，它不仅具备高级开发语言所普遍具有的特性和优点，而且在数据采集、过程控制、后台数据处理及相关文件存储等具有方面具有很强的工程针对性。
　　本文针对一套过程控制实验装置中的电加热器，研究、设计了一个二维模糊控制器实现水温控制。在由工控机和数据采集卡PCI6221构成的硬件平台上，利用LabVIEW的模糊逻辑工具箱（FuzzyLogicToolkit）实现电加热器的模糊控制算法，并对模糊控制策略进行了实现研究，给出了完整的系统运行、监控界面。
　　通过实验结果具体分析、比较了模糊控制效果和传统PID控制效果。结果表明，模糊控制策略在不依赖过程对象精确数学模型的基础上较好地解决了电加热器的大时滞、非线性问题，且这种设计方法较为简洁、响应较快、控制性能较好。可以应用于类似的工控场合，是一种较为理想的温控方案。

目录

基于虚拟仪器电加热器模糊控温系统设计

DESIGN OF ELECTRIC HEATER FUZZY TEMPERATURE CONTROL SYSTEM BASED ON VIRTUAL INSTRUMENTATION

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题的背景及意义

1.2 国内外虚拟仪器技术研究现状及发展

1.2.1 虚拟仪器的概念和特点

1.2.2 虚拟仪器的系统构成

1.3 实验装置及控温实验设计

1.3.1 电加热器的结构

1.3.2 实验回路

1.3.3 原系统存在的缺点和不足

1.4 本文的主要研究内容

第2章 模糊控制理论基础

2.1 引言

2.1.1 模糊控制系统的组成及工作原理

2.1.2 模糊控制系统的组成

2.1.3 模糊控制系统工作原理

2.2 模糊控制器的结构与设计方法

2.2.1 模糊控制器的结构选择

2.2.2 模糊控制器的控制规则设计

2.3 改进型模糊控制器

2.3.1 模糊控制的发展方向

2.3.2 改进型模糊控制器

2.4 本章小结

第3章 电加热器模糊控制器设计研究

3.1 模糊控制器的结构设计

3.2 模糊化方法

3.2.1 模糊语言变量的语言值

3.2.2 模糊语言值的隶属函数

3.3 模糊控制规则表的建立

3.4 模糊推理算法

3.5 解模糊及模糊控制器查询表

3.6 模糊控制系统的稳定性相平面分析

3.7 本章小结

第4章 系统硬件平台和LabVIEW软件

4.1 系统硬件平台

4.1.1 工业控制计算机

4.1.2 数据采集卡及其测试

4.1.3 单相移相触发控制板

4.2 软件方案选择

4.3 LabVIEW软件

4.3.1 软件特点

4.3.2 软件结构

4.3.3 硬件驱动程序

4.4 LabVIEW模糊逻辑工具箱

4.5 温度模糊控制器的LabVIEW实现

4.5.1 输入输出变量隶属度函数的构造

4.5.2 模糊规则表的制定

4.5.3 模糊推理和解模糊方法设定

4.5.4 控制器输入输出特性测试

4.6 本章小结

第5章 控温系统软件设计及实现

5.1 系统软件的结构和功能

5.1.1 基本结构

5.1.2 基本功能

5.2 实时检测与数据管理软件设计

5.2.1 系统界面

5.2.2 参数设定

5.2.3 数据采集

5.2.4 标度转换

5.2.5 数字滤波

5.2.6 模糊控制器加载

5.2.7 数据管理

5.3 网络测控

5.3.1 Datasocket技术

5.3.2 Datasocket服务器与管理器设置

5.3.3 网络通信的实现

5.4 实验运行效果

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学位论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢

个人简历