资源描述：
《基于模糊PID的烟叶烤房温度控制系统的设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第39卷第2期西南师范大学学报(自然科学版)2014年2月Vol.39No.2JournalofSouthwestChinaNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Feb.2014文章编号:10005471(2014)2009906基于模糊PID的烟叶烤房温度控制系统的设计①詹攀,谢守勇,陈翀西南大学工程技术学院,重庆400715摘要:针对烟叶烘烤过程中的不同时期对温度的不同要求和传统PID控制的不足,设计了基于模糊PID的烟叶烤房温度控制系统.该系统综合了模糊控制和传统PID控制的优点.当系统参数发生变化时,利用模糊控制理论对传统PID参数进行在
2、线修改,使得系统在较小超调的情况下获得较短的调节时间和良好的平稳性.仿真与试验结果表明:该控制系统具有稳定性好、控制精度高的特点,提高了烟叶烘烤的质量.关键词:烟叶烤房;模糊PID;温度控制中图分类号:TP273文献标志码:A烟草行业在我国经济发展中占有重要的地位,因此生产出高品质的烟叶尤为重要,其技术保障是先进[1]的烟叶烘烤工艺与烘烤控制系统.烟叶烘烤工艺分为5个时期:变黄,凋萎,干尖,干片和干筋.每个时[2]期对温度的要求不同.传统的人工监守烤房烘烤工艺不仅时间长、劳动强度大,而且操作规程复杂,故提出采用具有自动控制功能的传统PID控制器控制整个烟叶烘烤过程.但是烟叶烤房具有非线
3、性、时变[3]性、纯滞后等特点,并且在考虑烟叶水分、编排的松紧程度和烟叶放置的密集程度等情况下,烟叶烤房[4]模型的参数会发生改变.然而,传统的PID控制器需要依赖于精确不变的数学模型.这使得传统PID对上述系统的控制效果不再满足工程要求.近年来,国内对模糊PID控制理论的研究较多,并且将模糊PID理论应用于烟叶烤房已经成为发展趋势.基于此,本文介绍了一种模糊PID烟叶烤房温度控制系统.在该系统中,采用模糊PID控制,即将模糊控制理论和传统PID控制结合起来,这不仅使得控制器参数的整定不依赖于被控对象的数学模型,而且可以对控制器参数进行在线修改,以满足控制要求,提高控制精度.1烟叶烤房
4、的系统模型辨识由于被控系统对控制量的作用反应较慢,同时考虑到烟叶烘烤的温度变化曲线,工程上通常使用一阶[5]惯性时滞模型作为温度控制系统模型.因此,本文使用温度控制系统的模型为K-τsG(s)=eTs+1根据经验,获得烟叶烤房在某一特定条件下的一组系统模型参数,其传递函数为:6-50sG(s)=e400s+1①收稿日期:20130105基金项目:科技部十五重大专项(2001BA04A);重庆市科委攻关项目(CSTC2008AC1014).作者简介:詹攀(1990),女,四川广安人,硕士研究生,主要从事机电控制方面的研究.通信作者:谢守勇,教授.102西南师范大学学报(自然科学版)htt
5、p://xbbjb.swu.cn第39卷2控制器的设计与系统仿真2.1模糊PID控制器的设计2.1.1模糊PID控制器的模型烟叶烤房模型的系统参数会随着时间而改变,故没有精确不变的数学模型.因此,使用传统PID控制器已经不能满足控制要求,需要对其进行算法改进.然而,模糊控制不需要被控对象精确的数学模型,并且具有较好的鲁棒性和适应性,但是其控制精度不够高.所以,将模糊控制理论和传统PID控制器结合起来,形成一种参数自整定的模糊PID控制器.该控制器以误差e和误差变化ec作为输入,利用模糊控制规[6]则对PID参数进行在线修改,以满足不同时刻的e和ec对PID参数自整定的要求.参数自整定的
6、模糊PID控制系统结构如图1所示.图1参数自整定的模糊PID控制系统结构2.1.2模糊控制器的结构为了获得较好的控制效果,需要对传统PID控制器的三个参数进行在线修改.为此,选用三个两输入[7]单输出的模糊控制器.2.1.3变量及隶属度函数控制器的输入是给定温度和实际温度的误差e及误差变化ec,三个控制器的输出分别是ΔKp,ΔKi,[8]ΔKd.经模糊调整后的PID参数为:Kp=Kp0+ΔKpKi=Ki0+ΔKiKd=Kd0+ΔKd[9]其中,Kp0,Ki0,Kd0分别是根据ITSE准则整定出的PID初始参数.根据模糊控制的基本原理,现将各变量的隶属度函数都选择为三角函数.如图2:图2
7、误差的隶属函数其余各变量的隶属度函数图形与图2一样.第2期詹攀,等:基于模糊PID的烟叶烤房温度控制系统的设计103模糊控制器的输入e和ec,输出ΔKp,ΔKi,ΔKd的语言变量、基本论域、模糊论域、模糊子集、量化因子见表1.表1变量及论域等表格变量eec△kpΔkiΔkd语言变量EEcΔKpΔKiΔKd基本论域[-10,10][-20,20][-0.006,0.006][-0.0006,0.0006][-0.204,0.204]模糊论域[-6
