发布时间 : 星期六 文章基于MATLAB的换热器温度控制仿真研究更新完毕开始阅读
内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
e(t)?r(t)?y(t) (4-8)
将偏差比例、积分和微分控制，通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制器。其控制规律为
?1 u(t)?KP?e(t)?TI??t0e(t)dt?TDde(t)?? (4-9) dt?其传递函数形式为：
??U(S)1G(S)??KP?1??TDS? (4-10)
E(S)TS?I?式中：KP—比例系数；TI—积分时间常数；TD--微分时间常数。
图4-6和图4-7分别表示管路流量控制系统传统PID控制和模糊PID控制的原理图。从图中比较可以看出，当控制系统外部参数变化，模糊PID控制器可以根据现场的情况，采取不同的策略，找到合适的KP，KI，KD参数，从而使控制系统达到理想的控制效果。
外界干扰r (t)+-e (t)PID控制器变频器管道y (t)4-20mA电流信号涡轮流量传感器
图4-6 PID控制原理图
d/dt模糊参数调节器外界干扰r (t)+-e (t)PID控制器变频器管道y (t)4-20mA电流信号涡轮流量传感器
图4-7 模糊PID控制原理图
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4.3.2模糊参数自整定原则
目前，常规的PID调节器大量应用于工业过程控制，并取得了较好的控制效果。其控制作用的一般形式为
(k)? U(k)?KPEIK?E(?k)DKCE()k,?(k0, 1 , (4-11)
E(k)，EC(k)分别为其输入偏差和偏差变化率；KP，KI，KD分别为表征其比例(P)，积分(I)和微分(D)作用的参数。但由于常规PID调节器不具有在线整定参数的功能，因此不能满足在不同工况下系统对参数的自整定要求，从而影响其控制效果的进一步提高。
模糊PID控制器是一种在常规PID调节器(如下) 基础上，应用模糊集合理论建立
U(k)?KPE(k)?KI?E(k)?KDEC(k) (4-12)
参数KP，KI，KD与偏差E和偏差变化率EC间的二元连续函数关系为:
KP?f1(E,EC) KI?f2(E,EC) (4-13)
KD?f3(E,EC)并根据不同的E和EC在线自整定参数KP，KI，KD。
一般情况下，在不同的E和EC下，被控过程对参数KP，KI，KD的自整定要求可归纳如下:
(l)当E较大时，为使系统具有较好的快速跟踪性能，应取较大的KP与较小的KD，同时为避免系统响应出现较大的超调，应对积分作用加以限制，通常取KI =O。
(2)当E处于中等大小时，为使系统响应具有较小的超调，KP应取的小些，在这种情况下，KD的取值对系统响应影响较大，KI的取值要适当。
(3)当E较小时，为使系统有较好的稳态性能，KP和KI应取的大些，同时为避免系统在设定值附近出现振荡，KD值的选择是相当重要的。 4.3.3 各变量隶属度函数的确定
根据本系统的控制对象为流量值，所以采用二输入三输出控制器可以满足要求。选管路流量偏差E和偏差变化率EC的值为输入变量，KP，KI，KD的值为输出变量。如用NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB分别表示负大，负中，负小，零，正小，正中，
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正大等概念，则本系统中E，EC和输出KP，KI，KD分别规定为下列模糊子集:
E，EC={NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB} KP，KI，KD={NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB} 它们的论域分别为: E，EC={-3，-2，-l，0，1，2，3}
KP，KI，KD={0，l，2，3，4，5，6}
隶属度函数如图4-7和图4-8所示:
图4-7 E,EC的隶属函数
图4-8 KP，KI，KD的隶属函数
4.3.4建立模糊规则表
根据以上确定的参数整定原则，可以得到输出变量KP，KI，KD的控制规则，如下表所示:
4-3 KP的模糊控制规则表
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KP NB EC NB NM NS ZO PS PM PB PB PB PB PB PM PS ZO NM PB PB PB PB PM PS ZO NS PM PM PM PM ZO NS NS E ZO PM PM PS ZO NS NM NM PS PS PS ZO NM NM NM NM PM ZO NS NM NB NB NB NB PB ZO NS NM NB NB NB NB 表4-4 KI的模糊控制规则表
KI NB EC NB NM NS ZO PS PM PB PB PB ZO NS ZO PB PB NM PB PB ZO NS ZO PS PB NS PM PS ZO NS ZO PS PB E ZO PM PS ZO NS ZO PS PB PS PS PS ZO NS ZO PS PB PM ZO NS NS NB NS PS PB PB ZO NS NS NB NS PS PB 表4-5 KD的模糊控制规则表
KD NB EC NB NM NS ZO PS PM PB
E NM ZO NB NB NS NB NB PS NS ZO NM NM NS NM NM ZO 36
ZO ZO NS NS NS NS NS ZO PS ZO NM NM NS NM NM ZO PM PS NB NB NM NB NB PS PB PS NB NB NM NB NB PS PS NB NB NS NB NB PS