模糊自整定PID控制器的设计与开发

摘要

随着电力事业的飞速发展、火电机组规模的扩大和机组自动化水平的提高，使得对各系统的控制要求也越来越严格。常规PID控制结构简单、易于实现，因而在工业过程控制中得到了非常广泛地应用。但常规PID控制在对非线性、时变、大惯性、大迟延等复杂控制系统的控制过程中不容易得到理想的控制效果。与常规PID控制相比，模糊控制易于表达，在一些凭经验控制的复杂系统中能达到理想的控制效果。模糊控制基于模糊数学的原理来研究人的控制活动，是一种用机器语言代替人们控制行为的学科，它是根据自己控制的偏差和偏差变化率来调节控制器的输出，可以应用于非线性、时变、大惯性、大迟延的复杂控制系统中。
　　然而，模糊控制的应用并不广泛，模糊控制系统的分析与设计也没有固定的方法，在很多场合仍然需要依靠经验试凑。另外模糊控制策略存在着一个固有缺陷，即它的本质是非线性变比例控制，因此不能消除静差，还存在着极限环，所以模糊控制策略并不能在实际系统控制过程中单独运用。为此，人们开始积极探索模糊控制与其它控制策略组合成为复合控制系统的道路，本文所要研究的是将模糊控制与常规PID控制相结合，利用调节PID参数的经验实现PID参数在线自整定的模糊控制系统，即模糊自整定PID控制系统。
　　本文依据模糊准则设计了一种实用的模糊自整定PID控制器。该控制器不依赖于被控对象精确的数学模型，结合系统运行的实际情况，经过模糊推理，在线调整PID控制器的三个参数，提高系统控制效果。将设计的控制器在MATLAB中对循环流化床锅炉床温控制系统进行仿真实验，结果表明，与常规PID控制相比，加入模糊控制使系统响应变快、超调量减小，具有更好的鲁棒性。
　　本设计经过在LN2000分散控制系统中应用实现，以过热汽温控制系统为研究对象进行试验，选择不同工况条件，对比观察PID控制和模糊自整定PID控制的响应曲线。通过比较，模糊自整定PID控制较PID控制鲁棒更强，具有更好的控制效果。验证了模糊自整定PID控制器在DCS中应用的可行性和有效性，达到了控制器的设计目标。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外发展概况

1.3 论文主要工作

第2章 模糊控制器的基本原理及设计方法

2.1 模糊控制器的基本原理

2.2 模糊控制器的设计方法

2.3 模糊控制器的仿真试验研究

2.4 本章小结

第3章 模糊自整定PID控制器的仿真研究

3.1 模糊自整定PID控制器的系统结构

3.2 模糊自整定PID控制器的设计

3.3 模糊自整定PID控制在MATLAB中的实现

3.4 本章小结

第4章 模糊自整定PID控制器在DCS中的实现

4.1 分散控制系统（DCS）简介

4.2 LN2000DCS基本算法简介

4.3 模糊自整定PID控制算法实现

4.4 仿真实例

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研情况

致谢