论文-李志刚-09自二-0020518论文-李志刚-09自二-09020518论文-李志刚-09自二-09020518论文-李志刚-09自二-09020518.doc

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 毕 业 设 计 说 明 书 题目：串级PID控制在加热炉温度控制系统中的应用研究 二级学院： 电子信息与电气工程学院 专 业： 自动化 班级： 09自二 学生姓名： 李志刚 学号： 指导教师： 张燕红 职称： 讲师 评阅教师： 职称： 2013 年 6 月 摘要 在工业控制中，温度控制是十分重要的课题，对于不同的控制对象，有着不同的控制方式和模式。由于温度系统有滞后现象严重、惯性大的特点，所以难以建立精确的数学模型，这给控制过程带来了很大的难题。为了有效的解决这一难题，本文将以加热炉作为研究对象，来研究一种最佳的控制方案，从而达到系统稳定、超调量小、调节时间短的性能指标。 本文深入研究了加热炉可采用的控制方案，其中串级PID控制系统是由模糊PID控制器和经典PID控制器串级组成。温度PID控制器的原理是将温度偏差的比例、积分和微分通过线性组合来构成控制量，从而对被控对象进行控制，参数的调节是PID控制的重点，其作为串级控制的副回路最大的优点是能够有效的抗干扰。模糊PID控制研究了模糊控制的机理，确定了加热炉模糊控制器的结构，通过分析加热炉温升的特点，建立了模糊控制规则表。 借助matlab中的Simulink和Fuzzy工具箱，仿真分析了加热炉PID控制系统和串级PID控制系统。结果表明当采用PID算法时，系统的调节时间为9s，超调量为58%，上升时间为3s,振荡了5次，而采用串级PID控制算法时，系统的调节时间为3s,是PID控制算法的1/3，超调量为25%，是PID控制算法的1/2,上升时间为1s,是PID控制算法的1/3,振荡次数为1次，能够较为平稳的进入稳态，能够满足技术要求。因此，模糊PID控制器和经典PID控制器串级而成的串级PID控制系统能够满足工业技术要求，是一种良好的温度控制方法。 关键词:温度控制；串级PID控制；参数整定；仿真 Abstract Temperature control is a very important topic in industrial control, for different controlled objects, it has the different control modes and patterns. As temperature systems with hysteresis, largeinertia characteristics, it is difficult to establish accurate mathematical model, this bring very great difficulty to control process. In order to effectively solve this problem, heating furnace will be selected as the research object, to study an optimal control scheme, so as to achieve system stability, lessovershoot, short adjusting time of performance metrics. This paper deeply studies the control scheme used in heating furnace, the cascade PID control system control scheme is consist of a classic PID controller and a fuzzy PID controller. Temperature PID controller is the principle of the temperature deviation of the proportional, integral and differential through the linear combination to form control, thus to control the controlled object, the adjustment of the parameters