PID温控系统的设计及仿真毕业论文.doc

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1、PID温控系统的设计及仿真毕业论文目录摘要IABSTRACTII第一章绪论11.1课题的提出及意义11.2控制系统背景介绍11.3当代温控系统及智能算法2第二章温控系统的设计52.1温控系统的总体设计52.1.1温控系统设计的基本原则52.1.2温控系统的结构及设计62.2温控系统的硬件设计72.2.1前向通道设计72.2.2后向通道设计102.2.3人机通道设计11小结15第三章系统控制方案163.1PID控制163.1.1PID的概述163.1.2PID控制的基本理论及特点163.2模糊控制183.2.1模糊控制的概述183.2.2模

2、糊控制的基本原理及特点183.3模糊PID控制19小结21第四章仿真研究224.1MATLAB及其模糊逻辑工具箱和仿真环境simulink22I4.2仿真和优选234.2.1控制对象模型234.2.2仿真和方案选择25小结32第五章总结与展望335.1主要工作内容335.2工作小结335.3存在的问题及未来的方向34结束语35参考文献36IPID温控系统的设计和仿真第一章绪论第一章绪论1.1课题的提出及意义温度是生产过程和科学实验中非常普遍而又十分重要的物理参数。在工业生产过程中，为了高效地进行生产，必须对生产工艺过程中的主要参数，如温度

3、、压力、流量、速度等进行有效的控制，其中温度控制在生产过程中占有相当大的比例。准确地测量和有效地控制温度是优质、高产、低耗和安全生产的重要条件。而且在我们的日常生活中也使用微波炉、电烤箱、电热水器、空调等家用电器，温度与我们息息相关。另外在各高等院校的实验室中，无不将温度作为被控参数，构成微机测控系统，供学生作综合实验或课程设计。可见温度控制电路广泛应用于社会生活的各个领域，所以对温度进行控制是非常有必要和有意义的。可是由于温度自身的一些特点,如惯性大、滞后现象严重、难以建立精确的数学模型等,使控制系统性能不佳。在关于温度控制的绝大部分文

4、献资料中，控制结果都是有超调的，而且很多时候超调量较大，本论文是基于这一特点，研究一种控制方案，将其用于大部分温控场合，都能达到零超调，且调节时间快，稳态误差也非常小的理想效果。另一方面也是基于控制实验室建设的需求，将其用于对实验电烤箱温度进行控制，达到调节时间短、超调量为零且稳态误差较小的技术要求。1.2控制系统背景介绍随着计算机科学和自动化水平的不断提高，在各种应用领域都大量采用计算机控制系统。计算机控制系统的应用使得科学研究、工农业生产、工艺实践的效率大大提高，同时也大幅度提高了产品和成果的质量。计算机控制系统从结构上讲都是类同的，

5、它包括计算机组成的控制器和被控对象，并且对象的输出通过反馈回路反馈给控制器，形成一个闭环的控制系统。也有部分计算机控制系统是开环系统，如线切割机等。从采用的部件角度讲，计算机控制系统所用的计算机往往有较大区别：在大型管理控制系统中，采用大中型机；在一般控制系统中，采用微型机；而功能较专的控制系统采用单片机。由于大量的控制系统的任务较专业化，并且执行的是直接数字控制任务，故基本采用单片机。单片机是目前控制系统采用最多的器件和芯片，它在军事、航空、航天、交通、工业、农业等领域都有大量的应用[[]余永权,旺明慧,黄英.单片机在控制系统中的应用[

6、M].北京：电子工业出版社，2003.10.1-17]。3PID温控系统的设计和仿真第一章绪论1.3当代温控系统及智能算法智能控制算法广泛应用于各种温度控制器的设计之中，这里就最近几年快速发展的几种智能控制算法做一个综述[[]丁辉,张莉莉编译.国外模糊控制理论和技术的发展概况[R],国外情况报道,3-4]。1．神经网络控制人工神经网络是当前主要的、也是重要的一种人工智能技术，它采用数学模型的方法模拟生物神经细胞结构及对信息的记忆和处理而构成的信息处理方法。它用大量简单的处理单元广泛连接形成各种复杂网络，拓扑结构算法各异，其中误差反向传播算

7、法(即BP算法)应用最为广泛。温度控制系统由于负载的变化以及外界干扰因素复杂，而传统的PID控制对于外界环境的变化只能做近似的估算，因此系统控制精度不高。人工神经网络以其高度的非线性映射、自组织、自学习和联想记忆等功能，可对复杂的非线性系统建模。该方法抗干扰能力强，且易于用软件实现。训练方法实际是网络的自学习过程，即根据事先定义好的学习规则，按照提供的学习实例，调节网络系统各节点之间相互连接的权值大小，从而达到记忆、联想、归纳等目的。在温控系统中，将对温度影响的因素如气温、外加电压、被加热物体性质以及被加热物体温度等作为网络的输入，将其输

8、出作为PID控制器的参数，以实验数据作为样本，在微机上反复迭代，自我完善与修正，直至系统收敛，得到网络权值，达到自整定PID控制器参数的目的。MNN(Memoryneuronnetwork)在