模糊PID控制在工业色谱仪温控系统中的应用

摘要

工业色谱仪为在线分析仪器,广泛应用于化工、石油、钢铁等行业的过程领域,其智能化、网络化对实现相关过程的质量目标控制,提高生产效率具有重大意义.目前,大多数中型企业使用的工业色谱仪仍为进口产品.南京分析仪器厂和我校正在研制的CX8800工业色谱仪具有双炉多流路防爆智能化处理、自诊断、自动化水平等性能.该项目为南京市科技局2002年度科技攻关项目,该仪器的智能测控系统研究为江苏省85攻关项目,本项目研究实现促进了高性能工业色谱仪的国产化和智能化的发展.该课题研究中针对双炉及熔化炉的三个控制对象的高精度测控要求,实现智能化数字控制,控制范围为60℃~200℃,在线色谱分析要求有长期控制精度±0.03℃.由于防爆性能的要求,CX8800的电气箱体和分析箱体全部采用压缩空气充压的正压结构,受季节及日温差变化的影响,压缩空气的温度变化及其压力的改变均对双炉及熔化炉的对象传递产生重大影响,实验证明,该特性具有很强的非线性和时变性.本课题研究主要包括用于嵌入式PC/104测控系统中的测控温回路的硬件设计和智能PID控制设计.为适应高精度要求设计采用了pt1000高性能测温元件,IC集成电路控制,控温元件选择过零固态继电器,以避免电源高次谐波对分析检测回路的影响.根据电源和接地系统干扰、静电感应和电磁感应、I/0通道干扰的不同情况,分别采用了不同的抗干扰措施,尽量减小外界系统的干扰.并进一步在软件设计中,对采样信号采用小波非线性阈值滤波以提高采样信号的信噪比,为高精度的温度控制提供了必备条件.在智能PID控制设计中,通过改进常规模糊PID控制器的结构及模糊控制规则,构成变系数模糊PID参数自整定控制器,从而实现了PID参数的在线调整.实验证明,变系数模糊PID参数自整定控制器比常规PlD控制器和BP神经网络PID整定控制器有更高的控制精度,且达到了设计要求.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1PID参数自整定在控制领域中的重要性及发展状况

1.2模糊控制在控制领域中的应用现状

1.3本课题的主要研究工作

第二章温度控制系统硬件设计

2.1系统的组成的基本工作原理

2.2检测部件

2.3 A/D转换芯片的选择

2.4 82C54的内部结构

2.5固态继电器

2.5.1固态继电器的分类及其工作原理

2.6系统抗干扰设计

2.6.1电源和接地系统干扰及抗干扰措施

2.6.2静电感应和电磁感应干扰及抗干扰措施

2.6.3 I/O通道干扰及抗干扰措施

2.7小结

第三章温度控制系统软件设计

3.1采样及滤波模块

3.1.1小波非线性阈值滤波

3.1.2小波去噪原理

3.1.3小波阈值的选取

3.1.4数字采样及滤波的实现

3.2数字输出模块

3.3控制算法的实现

3.4小结

第四章工业色谱仪温控系统的PID参数自整定

4.1工业色谱仪温控系统简介

4.2工业色谱仪温控器的特点

4.2.1复杂性

4.2.2控制精度

4.3 PID工业色谱仪温控系统PID参数自整定

4.3.1控制算法理论

4.3.2 PID控制器参数整定方法

4.3.3 PID参数自整定各种方法的适应性

4.3.4工业色谱仪温控系统PID基本值的整定

4.4小结

第五章基于Fuzzy的PID参数自调整控制器设计

5.1 PID控制器参数模糊调整原理

5.2参数调整知识的Fuzzy调整模型

5.2.1 PID参数对系统性能的影响

5.2.2 PID参数Fuzzy调整模型的建立

5.3输入输出变量的Fuzzy化

5.3.1E、EC的模糊化

5.3.2 KP、KI、KD的模糊化

5.4 Fuzzy合成推理算法及调整决策

5.4.1合成推理算法

5.4.2控制规则

5.4.3模糊关系R的求取

5.4.4 PID控制参数KP的Fuzzy集的求取

5.4.5 PID参数KP的解模糊判

5.5小结

第六章PID参数自整定的仿真与优选

6.1仿真软件简介

6.2 PID参数自整定控制

6.3基于BP神经网络的PID参数自整定控制器

6.3.1控制器结构

6.3.2网络结构及前向计算

6.3.3反向计算

6.3.4算法步骤

6.3.5工业色谱仪温控系统的仿真

6.4模糊PID控制

6.5小结

第七章总结与展望

7.1本文主要研究内容及结论

7.2本文主要创新点

7.3后续研究展望

攻读硕士学位期间研究成果

参考文献

致谢