温度控制实验-自控专业

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1、《现代控制理论》——自动化综合实验实验报告之自制炉温控制器自制炉温控制器实验报告一、前言木次白动化综合实验课的目的是通过多种实验系统体验控制算法，此次试验任务我们准备自己制作温度控制器。本实验报告旨在别人看了报告就可以完全知晓甚至重复我们的设计思路，从硬件设计、软件算法设计介绍我们的作品。并.「L,经过比较发现，我们效仿模糊控制的控制思路，白行设计了控制算法，为了更好的学习PID我们又把PID控制算法我们H己设计的控制效果进行对比，最后，我们还总结了实验中的收获。二、基本概念炉温控制：炉温控制是指根据炉温对给定温度的偏差，

2、接通或断开供给炉子的热源能量，或连续改变热源能量的大小，使炉温稳定有给定温度范围，以满足热处理工艺的需要。其中控制算法是控制的核心下面着重介绍我们涉及到的PID控制算法和模糊控制的一些概念。PID:在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全学握,或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依

3、靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解-个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段來获得系统参数时，最适合川PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。比例(P)控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入谋羌信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-stateerror)。积分(I)控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统,

4、如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(SystemwithSteady-stateError)<>为了消除稳态误差,在控制器中必须引入"积分项积分项对误差取决于时间的积分，随着吋间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态谋差。微分(D)控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。口动控制系统在克服误差的

5、调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，英变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制课差的作川的变化“超前〃，即在误差接近零时，抑制谋差的作川就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入比例项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而H前盂要增加的是“微分项〃，它能预测误差变化的趋势，这样，具冇比例+微分的控制器，就能够提前使抑制谋差的控制作用等于零，英至为负值，从而避免了被控最的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控対象，比例+微分(PD)

6、控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。用数字化的公式表示其算法主要有位置式和增量式：■Kk)=K戸Ar)+J2(心)——1)」｝丄TJ=o/=K』(k)+K,££(丿・)+Kd[e(k)-e(k-1)]J=oAu(k)=u(k)-u(k-1)=Kp[e(k)-e(k一1)]+K夙k)+KD[e(k)一2e(k-1)+e(k一2)]模糊控制:利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法。在传统的控制领域里，控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的最主耍关键，系统动态的信息越详细，则越能达到精确控制的目的。然而，对于复杂的系统，

7、由于变量太多，往往难以正确的描述系统的动态，于是工程师便利用各种方法來简化系统动态，以达成控制的目的，但却不尽理想。换言Z,传统的控制理论对于明确系统有强而有力的控制能力，但对过丁复杂或难以精确描述的系统，则显得无能为力了。因此便尝试着以模糊数学來处理这些控制问题。此架构包含了五个主要部分，即:定义变量、模糊化、知识库、逻辑判断及反模糊化，底F将就每一部分做简单的说明：(1)定义变量也就是决定程序被观察的状况及考虑控制的动作，例如在一般控制问题上，输入变量有输出误差E与输出i吴差之变化率EC,而控制变量则为卜.一个状态之输

8、入U。具屮E、EC、U统称为模糊变量。(2)模糊化(fuzzify)将输入值以适当的比例转换到论域的数值，利用口语化变量來描述测量物理量的过程，依适合的语言值(linguisticvalue)求该值相对Z隶属度，此口语化变量我们称Z为模糊子集合(fuzzysubsets)o⑶知识库包括数据库(datab