一种快速智能单回路温度控制器设计

摘要

温度控制是工业生产中最常见最基本的控制方法之一。例如在冶金、电子、机械、等行业中广泛使用的各种金属模具，热反应炉等，对工件的处理温度要求严格控制。而单回路温度控制器作为最常见的只在单一回路中使用的温度控制设备，在工业现场中大量被使用，在工业生产起着非常重要的作用。单回路温度控制器通常使用PID算法作为其控制策略。PID算法由于其控制结构简单，易于实现，并具有较强的鲁棒性，因此被广泛地应用于温度控制中。但是正是由于PID控制简单的结构以及各种复杂的PID参数整定方法使单回路温度控制器在控制品质上有着局限性；例如电热烤炉温度控制系统这种大时滞、不稳定对象的超调抑制能力弱，控制效果不是很好。
　　论文主要研究并设计一种针对温度控制的单回路温度控制器，能在面对冶金行业中常见的金属模，这样加热点单一，热分布不均，系统滞后且需要进行分段控制的温度被控对象时，在不延长调节时间的前提下，采用抗积分饱和技术和积分分离技术，通过对控制器的控制输出进行动态规划；同时采用继电器反馈自整定算法，计算最佳的PID参数，从而抑制了系统超调，并且提高了系统的抗干扰性。
　　论文设计了一种新型的针对温度控制的PID优化算法和一种基于继电器反馈参数整定原理的PID参数自整定算法。针对温度控制的PID算法利用抗积分饱和技术原理，避免了控制过程中的积分饱和，从而抑制了系统超调；同时利用积分分离技术，动态地规划了积分环节的切入时间，这也在一定程度上增加了系统超调抑制能力。论文主要开展以下工作：
　　(1)论文以标准PID算法研究对象，对其原理进行研究，针对标准PID算法的优缺点，设计了新型的抗积分饱和技术和积分分离技术。
　　(2)论文分析了PID参数整定的原理，并在此基础上根据继电参数反馈法原理，设计一种单回路温度控制器自整定算法。
　　(3)论文研究并设计了一种基于针对温度控制PID算法和PID自整定算法的单回路温度控制器。
　　(4)最后通过实际控制实验对针对温度控制的PID优化算法进行了验证。

目录

声明

答辩决议书

1 绪 论

1.1研究背景与意义

1.2目前存在的问题

1.3 国内外研究现状

1.4研究内容与取得的成果

1.5论文结构

2 针对温度控制的PID算法的研究

2.1温度被控对象分析以及建模

2.2常见的针对温度控制的算法分析

2.3针对温度控制的PID算法的设计

2.4针对温度控制的PID算法的实现

2.5本章小结

3 PID参数的自整定与算法仿真

3.1 PID参数自整定的分类

3.2继电器反馈PID参数自整定

3.3继电器反馈参数整定法的应用

3.4本章小结

4 针对温度的单回路温度控制器的设计

4.1单回路温度控制器的系统构架及设计

4.2输入采样模块的设计

4.3控制器输出模块的设计

4.4通信模块的设计

4.5辅助模块的设计

4.6本章小结

5针对温度控制的单回路温度控制器的性能测试

5.1测试条件及测试结果

5.2测试结论

5.3本章小结

6 结论

6.1工作总结

6.2未来工作

参考文献

致谢