基于模糊PID控制的退火炉温度控制系统的研究

摘要

近些年，在我国的工业控制领域，关于PID控制应用已经占90％以上，其特点是结构非常简单，系统参数调整运行方便等优点。但对一些控制对象参数要求比较精确而且比较模糊的控制系统， PID控制显示了其局限性，因为控制系统的参数是由PID性能决定的，而且矛盾在于它调节时间与超调量，不能解决超调量小、调节时间短的问题。模糊控制鲁棒性能比较好，被控对象的数字模型不需要被确定，并且在调节响应速度上也有优势。但模糊控制规则的等级受限产生误差导致稳定性变差。综合模糊控制的优缺点以及PID控制的局限性，再针对本论文研究的对象锌板退火炉常见的滞后性以及超调量等问题，综合上述对于常规的 PID控制以及基于模糊 PID控制的优缺点，设计了一套基于模糊PID控制的退火炉温度控制系统。基于退火炉与控制时之间的距离比较远，利用上位机组态王软件进行编程监控，下位机使用西门子 S7-200PLC及其扩展模块，结合触摸屏操作，对模块进行编程；并且研究模糊控制的控制理论以及方法，按照其推理规则，找出最适合的控制因子，通过仿真结果得知：控制系统所需要被控制参数的准确性得到较大的提高。通过分别对常规的PID控制的结果与基于模糊控制的PID控制的结果进行MATLAB仿真，可以得出以下结论：该系统的鲁棒性能比较好，系统的响应速度明显与原来提升了10%，超调亮比原来降低了8%，各个系统的参数均达到设定的要求，因此该系统是可行的。

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第1章：绪 论

1.1 退火炉温度控制

1.2 国内外的研究现状

1.3 退火炉特点及控制要求

1.4 选题的意义

1.5 本论文结构

第2章 模糊 PID 控制系统的研究

2.1 PID控制理论

2.2 模糊控制理论的起源

2.3 模糊 PID 控制

2.4本章小结

第三章模糊PID控制的退火炉温度控制系统设计

3.1 参数自整定模糊PID控制系统结构

第四章 整个温度控制系统的仿真

4.1 主控制器回路的设计

4.2 参数优化与仿真比较

4.3模糊自适应整定PlD与常规PID控制器仿真

4.5本章小结

第五章 系统的总体结构及硬件的设计

5.1 系统总体结构

5.2主要的硬件

5.3 系统主要控制器的组成

5.4 温度控制器的设计

5.5 本章小结

第六章 退火炉温度控制系统软件设计及其实现

6.1 退火炉温度控制系统的上位机设计

6.2 系统组态监控软件设计

6.3 系统监控界面设计

6.4 系统其他上位机的设计画面

6. 6本章小结

第7章总结与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢