基于模糊PID的電阻爐溫度控制系統(tǒng)
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3．3 液晶顯示與按鍵驅(qū)動(dòng)部分
液晶顯示屏和按鍵是最常用的輸出和輸入設(shè)備。該系統(tǒng)中采用3個(gè)獨(dú)立的按鍵作為輸入控制鍵，LCD12864液晶顯示屏作為輸出設(shè)備。作為輸入處理部分的3個(gè)按鍵的功能分別為選擇、調(diào)整和確認(rèn)。系統(tǒng)上電運(yùn)行時(shí)，可以通過選擇鍵循環(huán)選擇設(shè)定溫度的3個(gè)位和OK選項(xiàng)，當(dāng)其中某項(xiàng)被選擇后，其下面出現(xiàn)橫線來標(biāo)識。在設(shè)定溫度的3個(gè)位上，可以通過調(diào)整鍵進(jìn)行0～9的循環(huán)選擇，當(dāng)選中合適的數(shù)字后，可以按確認(rèn)鍵進(jìn)行值的確認(rèn)。三位都調(diào)整確認(rèn)完畢后，通過選擇鍵選中“OK”，按確認(rèn)鍵，這樣系統(tǒng)將啟動(dòng)運(yùn)行。
3．4 模糊PID計(jì)算
模糊PID計(jì)算是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，主要是設(shè)計(jì)模糊PID控制器，其中的e和ec的論域均為-3～+3。在實(shí)際的控制過程中，在加熱至e為150之前，占空比為1，全速加熱，當(dāng)進(jìn)入e≤150的區(qū)域后，才啟動(dòng)模糊PID進(jìn)行計(jì)算，通過不斷調(diào)整△Kp、△Ki和△Kd的大小，控制輸出量u的大小，最后使電阻爐的溫度達(dá)到平衡。
4 仿真實(shí)驗(yàn)
系統(tǒng)中分別采用常規(guī)PID控制、純模糊控制和模糊PID控制3種控制方法，利用MATLAB進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，從調(diào)節(jié)時(shí)間、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差方面比較它們的控制性能。
通過前兩種控制方法的仿真實(shí)驗(yàn)，對于常規(guī)PID控制，當(dāng)給定溫度值為500時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)間約為1 200 s，超調(diào)量約為22．9％，穩(wěn)態(tài)誤差為零；對于純模糊控制，給定溫度值為500時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)間約為1 000 s，超調(diào)量為20℃，最終的穩(wěn)態(tài)誤差較大，約為10℃。
最后對模糊PID控制方法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，對各輸入?yún)?shù)進(jìn)行模糊化處理，取e的量化因子Ke=0．02，ec的量化因子Kec=0．1。對輸出量進(jìn)行解模糊化，得到△Kp、△Ki和△Kd的比例因子均為0．1。選取經(jīng)過優(yōu)化后的初始PID參數(shù)，使Kp=0．15、Ki=0．001、Kd=1．7。得到的模糊PID控制仿真曲線如圖5所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/171001.htm
由系統(tǒng)的仿真曲線圖可見，模糊PID控制的性能指標(biāo)為：調(diào)節(jié)時(shí)間約等于3 500 s，超調(diào)量約為7．5％，穩(wěn)態(tài)誤差為零。
經(jīng)過對常規(guī)PID控制、純模糊控制和模糊PID控制3種控制方案的仿真研究和分析，明顯看出，PID控制響應(yīng)曲線超調(diào)量最大、調(diào)節(jié)時(shí)間較長、最終的穩(wěn)態(tài)誤差為零；純模糊控制響應(yīng)曲線超調(diào)量最小、調(diào)節(jié)時(shí)間最短、但是最終的穩(wěn)態(tài)誤差卻很大；將兩種控制算法結(jié)合在一起的模糊PID控制策略可實(shí)現(xiàn)減小超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差為零等非常理想的性能指標(biāo)。溫度控制的延遲是變化的，對于溫度控制這樣的非線性、有延遲的復(fù)雜的控制對象，模糊PID控制器顯示了明顯的優(yōu)越性，性能指標(biāo)要比常規(guī)PID控制器改善很多。
5 結(jié)論
文中將模糊控制算法引入傳統(tǒng)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)構(gòu)成模糊PID控制系統(tǒng)。通過將常規(guī)PID控制方法、純模糊控制方法和模糊PID控制方法進(jìn)行仿真對比，發(fā)現(xiàn)模糊PID控制方法具有較好的動(dòng)靜態(tài)響應(yīng)特性和較強(qiáng)的魯棒性，還能夠消除系統(tǒng)余差，這對具有非線性、時(shí)變和延遲等特征的控制對象尤為適用。并且該方法設(shè)計(jì)比較簡單，易于實(shí)現(xiàn)，適合于工業(yè)控制應(yīng)用。
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