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随着控制技术的不断发展,高抗干扰、高灵敏度的自动控制技术越来越受到社会的广泛关注。尤其是在温度控制领域,一方面,经典的PID控制器以其高稳定性、高可靠性、结构简单、调整方便等优点而得到最广泛的使用。另一方面,由于模糊控制技术不需要对象的精确模型,对参数漂移的鲁棒性强,因此越来越受人瞩目。二十世纪八十年代以来,模糊控制技术的应用首先在日本、美国等国家出现,进而获得了广泛的推广,取得了良好的效果。目前,在温度自动控制领域,模糊控制技术也毫无疑问有着至关重要的地位。然而,在稳定性的判别、隶属函数的确定、模糊规则的确立、采样时间的最优化等方面,模糊控制技术还需要进一步的研究和完善,特别是如何与其他先进智能控制方法或传统控制方法相结合,取长补短,从而形成最佳的控制策略,是目前国内外许多学者研究的方向。本文介绍了一种新型温度控制器,它主要采用模糊控制与PID控制算法相结合的设计优化了控制策略。
本文的工作主要分为两个部分。在理论部分,首先介绍了模糊 PID 控制技术的基本原理和构成方式,接下来描述了设计一个模糊PID控制器所应该考虑的各方面的理论问题,最后给出了基本的模糊PID控制器的数学模型。
在此基础上,本文进一步对基本的模糊 PID 温度控制器进行优化。为了兼顾PID控制算法和Fuzzy技术各自的优点,首先要考虑对模糊控制器的输入量进行修正,然后讨论了控制的时间最优性。接下来,本文通过对控制器硬件原理图的介绍,解释了控制器硬件电路工作原理。最后给出了PCB 线路板的设计思想和软件结构并实际制作了新型模糊 PID 温度控制器的样机。该样机的实物图在第四章中给出。
在完成了模糊PID温度控制器的样机制作以后,本文设计了一个单闭环温度调节系统,对所制作的温度控制器样机行了实际测量,绘制了在阶跃扰动下和白噪声干扰下对应的各种控制曲线,给出了实测数据,同时对数据进行了分析,证实了该设计比传统PID温度控制器优越的各种性能指标。
最后,本文对采用模糊算法的温度控制器的研究做出了展望。