[工学]plc300电加热器模糊控制论文.doc

1 引言 锅炉温度是流程工业中极为常见的热工参数，锅炉温度恒温控制技术是工业生产领域中常用的技术。广泛应用于、冶炼、锻造、机械制造、发电等领域对其的控制也是过程控制的一个重点。由于加热机理，加热装置特殊结构等具体原因，使得过程对象经常具有大时滞、非线性、难以建立精确数学模型等特点，利用传统的PID控制策略对其进行控制，难以取得理想的控制效果。 2 课题研究背景 2.1 国内外研究现状 随着我国工业水平的不断进步，对炉温恒温控制技术的要求也越来越高。当前，在自动化的炼钢、发电等控制领域，炉温恒温控制的方法层出不穷，相关的硬件、软件设计水平达到了前所未有的高度。相关的研究也得到了国内外越来越多相关学者的重视，成为一个极有发展前途的科研课题。在传统的炉温控制算法中，以PID、小波等温度控制算法最为著名，由于这些算法在锅炉温度控制方面的表现出色，应用性很强，因此成为众多学者和科研机构研究的对象。但是这些算法虽然在炉温控制方面取得了不错的效果，但也存在着一些问题。比如当锅炉内温度环境比较复杂，炉温变化比较迅速，起伏较大的时候，传统算法很难迅速准确地针对炉温的变化建立数学模型。为了达到温度控制要求，这些算法需要不断地调节工作点的参数，以适应这种温度的快速变化。但是，参数的多次调整往往增加算法的计算量，影响算法的温度控制精度，造成控制效果下降。因此，如何在温度多变的锅炉环境中进行快速准确的温度调节，成为一个难题针对传统温度控制技术在炉温控制上的缺点，近年来多种智能炉温控制器应运而生, 其中以仿人智能方法在温度控制中的应用最为突出。它能模拟人的控制行为功能, 最大限度利用系统动态过程所提供的特征信息,及时调整控制器结构或参数,使控制更有效。针对大容量菅式和箱式电阻炉有较广的控温区域和较高的控温精度的特点,将人工智能控制的原理和方法结合常规的PID控制算法,提出了一种以微处理器为核心的专家智能炉温控制器,但对对输入检测电路的硬件和软件精度有较高要求, 还要具备正确合理的调功作用。针对反应釜聚合反应过程, Bouhenchir等人将理想工艺曲线近似分为定值启动、匀速上升和指数过渡三个阶段, 利用预测函数控制方法实现整个控制过程, 但对反应釜机理模型精度要求较高,当模型失配较严重时, 控制品质恶化。周黎英、赵国树利用模糊PID控制算法实现了匀速升温控制,在升温速率偏差较大时采用模糊控制, 温度偏差较小时采用模糊PI控制实现稳态控温, 但未讨论速率控制期间控制器输出由于热惯性对稳态控制的影响,将两阶段控制完全分离,稳态温度控制产生了较大超调和震荡。 2.2 课题研究内容 本设计以电加热器为控制对象，温度为被控制的物理量。通过运用德国西门子公司SIMATIC S7-300型PLC结合模糊控制原理实现对水温的控制。先使用FC105模块将物理量采集进来并使它模糊化，再将模糊量经过模糊控制策略计算出调节阀门的开度值，最后将阀门开度值反模糊化输出控制电流信号，通过可控硅控制器使温度稳定在给定值。给出具体的PLC梯形图程序设计，并将程序下载到PLC中联机调试。 3 模糊控制理论概述 3.1 模糊控制理论的发展历程 自20世纪60年代以来，现代控制理论应用于工业生产过程、军事科学以及航空航天等许多方面，但其前提都需要建立精确的数学模型。当被控对象或过程存在非线性、时变性、多参数强烈藕合、随机干扰、过程机理错综复杂以及现场测量条件不确定时，则不可能建立被控对象或过程的精确数学模型。因此，采用传统的控制方法，包括基于现代控制理论的控制方法，往往还不如一个有实践经验的操作人员的手动控制效果好，这使得科学技术不得不正视一个客观存在的现象—模糊现象。学术界对模糊现象的研究由来己久，从20世纪20年代开始，就一直有学者在对此问题进行研究，直到1965年，美国柏克莱加里福尼亚大学电气工程系教授L.A.Zadeh，把经典集合与J.LuKasewicz的多值逻辑融为一体创立模糊集合理论，从而真正开辟了解决模糊问题的科学途径。L.A.Zade在他的《Fuzzy Sets》，《Fuzzy Algorithm》和《A Rationale of Fuzzy Control》等著作中，首先提出了模糊数学和模糊控制的概念。其核心是对复杂的系统或过程建立一种语言分析的数学模式，使人的自然语言直接转化为计算机能接受的算法语言。模糊集合理论为处理客观上存在的一类模糊性问题提供了强有力的工具，所以作为模糊数学的一个重要应用分支的模糊控制理论由此应运而生[3]。模糊理论发展至今只有将近40年，其发展极为迅速，研究大致有以下几个方面： a)自适应、自学习模糊控制理论的研究； 模糊推理策略的研究； b)模糊辩识模型的研究； c)模糊控制系统稳定性的研究； d)模糊控制器的硬件实现。 而在工