pid控制器设计范文

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1、目录1前言12总体方案设计42.1被控对象的介绍42.2设计方案42.3方案比较63电锅炉温度控制器的设计73.1基本PID控制器73.1.1常规PID参数的整定93.1.2Smith预估器93.1.3设计PID控制器时注意事项103.2模糊控制器设计103.2.1模糊控制的基本思想103.2.2参数自整定模糊控制113.2.3模糊控制算法的实现113.2.4模糊控制器具体设计124电锅炉温度控制系统的MATLAB建模154.1MATLAB7.0及模糊逻辑工具箱介绍154.2电锅炉温度控制系统模型的建立及其功能164.2.1常规PID控制164.2.2加smith预

2、估器PID控制164.2.3电锅炉温控系统的参数自整定模糊PID控制164.2.4干扰信号下电锅炉温度控制系统的建模205电锅炉温度控制器的仿真255.1常规PID控制的仿真255.2加smith预估器的PID控制的仿真285.3参数自整定模糊PID控制仿真316电锅炉温度控制器的功能及指标参数366.1电锅炉温度控制器实现的功能366.2电锅炉温度控制器功能及指标参数分析367结论388总结与体会399谢辞4010参考文献41附录1各种控制系统仿真结构图4259第页附录2外文翻译451前言在工业生产过程中，控制对象各种各样，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的

3、物理参数之一。在生产过程中，为了高效地进行生产，必须对它的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的控制。温度控制在生产过程中占有相当大的比例，其关键在于测温和控温两方面。温度测量是温度控制的基础，技术已经比较成熟。由于控制对象越来越复杂，在温度控制方面，还存在着许多问题。如何更好地提高控制性能，满足不同系统的控制要求，是目前科学了解领域的一个重要课题。温度控制一般指对某一特定空间的温度进行控制调节，使其达到工艺过程的要求。本文主要电锅炉温度控制的方法。电锅炉是将电能转换为热能的能量转换装置[1]。具有结构简单、无污染、自动化程度高等特点。与传统的以煤和石化产品为燃料

4、的锅炉相比还具有基本投资少、占地面积小、操作方便、热效率高、能量转化率高等优点。近年来，电锅炉已成为供热采暖的主要设备。锅炉控制作为过程控制的一个典型，动态特性具有大惯性大延迟的特点，而且伴有非线性。目前国内电热锅炉控制大都采用的是开关式控制，甚至是人工控制方法。采用这些控制方法的系统稳定性不好，超调量大，同时对外界环境变化响应慢，实时性差。另外，频繁的开关切换对电网产生很大的冲击，降低了系统的经济效益，减少了锅炉的使用年限。因此，了解一种最佳的电锅炉控制方法，对提高系统的经济性，稳定性具有重要的意义。工业控制的形成和发展在理论上经历了三个阶段：50年代末起到70年

5、代为第一阶段，即经典控制理论阶段，这期间既是经典控制理论应用发展的鼎盛时期，又是现代控制理论应用和发展时期；70年代至90年代为第二阶段，即现代控制理论阶段；90年代至今为第三阶段，即智能控制理论阶段[2]59第页。第一阶段：初级阶段。它以经典控制理论为主要控制方案，采用常规气动、液动和电动仪表，对生产过程中的温度、流量、压力和液位进行控制。在诸多系统中，以单回路结构、PID策略为主，同时针对不同的对象与要求，设计了一些专门的控制算法如达林顿算法、Smith预估器、根轨迹法等。这阶段的主要任务是稳定系统、实现定值控制。第二阶段：发展阶段。以现代控制理论为基础，以微型

6、计算机和高档仪器为工具，对复杂现象进行控制。这阶段的建模理论、在线辨识和实时控制已突破前期的形式，继而涌现了大量的先进控制系统和高级控制策略，如克服对象时变和环境干扰等不确定影响的自适应控制，消除因模型失配而产生不良影响的预测控制等。这阶段的主要任务是克服干扰和模型变化，以满足复杂的工艺要求，提高控制质量。第三阶段：高级阶段。不论从历史和现状，还是从发展的必要性和可能性来看，控制方法主要朝着综合化、智能化方向发展。尤其近些年来人工智能理论的迅速崛起为控制的智能化提供了一个腾飞的工具。智能控制理论中，专家系统、神经网络、模糊控制系统是最有潜力的三种方法。专家系统在工业

7、生产过程、故障诊断和监督控制以及检测仪表有效性检测等方面获得成功应用；神经网络则可为复杂非线性过程的建模提供有效的方法，进而可用于过程软测量和控制系统的设计上；模糊系统不仅有行之有效的模糊控制理论为基础，而且能够表达确定性和不确定性两类经验，并提炼成为知识进而改善已有控制。应用经典控制理论的前提是：必须有一个高阶微分方程式来描述系统的运动状态的数学模型，是建立在频率法的基础上的。而现代控制理论主要用来解决多输入多输出和时变系统的问题，它的数学模型是用一个一阶微分方程组(即状态方程)或差分方程组来描述，是一种时域表示方法。这两种方法在精确数学模型的自动控制系统中发