一种用于电阻炉温度控制的模糊PID系统和方法与流程

本发明涉及一种关于工业过程控制领域的控制系统与控制方法。具体是一种用于电阻炉温度控制的模糊pid系统及方法。

背景技术：

电阻炉是典型工业过程控制对象，其温度控制具有升温单向性，大惯性，纯滞后，时变性等特点，很难用数学方法建立精确的模型和确定参数。而pid控制因其成熟，容易实现，并具有可消除稳态误差等优点，在大多数情况下可以满足系统性能要求，但其性能取决于参数的整定情况。且快速性和超调量之间存在矛盾，使其不一定满足快速升温、超调小的技术要求。模糊控制在快速性和保持较小的超调量方面有着自身的优势，但其理论并不完善，算法复杂，控制过程会存在稳态误差。

最近发展起来的模糊控制算法由于具有对对象模型要求低，响应速度快的特点，经常被应用于温度控制系统中。将模糊控制算法引入传统的电阻炉控制系统中，构成模糊pid温度控制系统，利用模糊控制自适应在线修改pid参数，结合模糊控制和pid控制的优点，来提高控制系统的稳定性和快速性。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种用于电阻炉温度控制的模糊pid系统及方法，有效地克服电阻炉容积滞后大，对象增益、滞后时间随工作温度变化的特点，提高了控制系统的稳定性和快速性。

本方案采用以下方法实施：

一种用于电阻炉温度控制的模糊pid系统，其特征在于，包括热电偶及热电偶温度变送器、模糊pid控制器、调压加热器、电阻炉，所述的模糊pid控制器设在控制室内，与热电偶温度变送器的输入端相连接，模糊pid控制器输出端与调压加热器连接，调压器和电阻炉连接。所述的模糊pid控制器接收热电偶温度变送器信号，根据热电偶温度变送器信号减去设定的信号，得到误差及误差的变化率。

包括利用模糊pid控制对电阻炉温度进行控制的步骤如下：

（1）首先由热电偶测出电阻炉温度，通过与设定的温度信号进行比较，计算温度误差e和温度变化率ec；

（2）所述的温度偏差信号和温度变化率信号共同输入模糊控制器；

（3）当电阻炉温度偏差大且温度变化率小时，采用模糊控制；

（4）所述的模糊控制器对输入信号进行模糊化，根据模糊规则得出模糊值；

（5）所述的模糊控制器根据得出的模糊值对输出信号进行解模糊化，得到所需要的控制器输出信号q；

（6）所述的模糊控制器的输出信号q加到调压加热器上，进行调节电压，改变加热功率；

（7）所述的调压加热器的输出信号输出到电阻炉上，进行温度的有效控制。

步骤(1)中温度偏差信号e和温度变化率信号ec，经过模糊推理后输入到模糊控制器。在步骤(5)中对输出信号进行解模糊化后输出控制量q。在步骤(1)中所述的温度误差e的论域是-1至1，温度误差变化率ec的论域是-1至1。在步骤(5)中所述的控制器输出信号q论域是-1至1。在步骤(1)中新建立一个误差e的隶属函数，隶属函数采用三角函数，将零值设置为正零单个三角形分布，用以提高收敛温度的效果。

根据温度误差e和误差的变化率ec，修改pid控制器中比例p，积分i，微分d参数的大小，使温度平稳上升。

本发明的有益效果是：

将模糊pid控制器应用在电阻炉温度控制系统中，以温度误差和误差变化率为控制输入，加热量为控制输出，结合模糊控制和pid控制的优点，实现电阻炉温度的有效快速调节；克服了电阻炉温度对象滞后对控制造成的影响，是控制及时准确。采用了模糊控制的方法优化出新规则，并利用这些规则设计出控制器，然后将这些模糊语言转化为数值运算，并能保证控制系统具有良好的自适应能力。

附图说明

图1是本系统结构框图；

图2是隶属度函数图；

具体实施方式：

下面结合附图对本发明实施做详细说明：本发明案例是在本发明技术方案为前提下实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。

如图1所示本系统包括以下几部分：热电偶及热电偶温度变送器、模糊pid控制器、调压加热器、电阻炉，所述的模糊pid控制器设在控制室内，与热电偶温度变送器的输入端相连接，模糊pid控制器输出端与调压加热器连接，调压器和电阻炉连接。

以电阻炉的温度模型为：，要求控制到温度为400°c，对系统进行仿真。

以要求温度ts与实时室温t的误差e以及误差变化率de为模糊控制器的输入，以q模糊控制器的输出。

e＝{-1，-0.8，-0.6，-0.4，0，0.4，0.6，0.8，1}。

de＝{-1，-0.8，-0.6，-0.4，0，0.4，0.6，0.8，1}。

q＝{-1，-0.8，-0.6，-0.4，0，0.4，0.6，0.8，1}。

e，de和q的语言值分别选为：

e＝{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}。

q＝{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}。

一种用于电阻炉温度控制的模糊pid系统，其特征在于，包括热电偶及热电偶温度变送器、模糊pid控制器、调压加热器、电阻炉，所述的模糊pid控制器设在控制室内，与热电偶温度变送器的输入端相连接，模糊pid控制器输出端与调压加热器连接，调压器和电阻炉连接。所述的模糊pid控制器接收热电偶温度变送器信号，根据热电偶温度变送器信号减去设定的信号，得到误差及误差的变化率。

包括利用模糊pid控制对电阻炉温度进行控制的步骤如下：

（1）首先由热电偶测出电阻炉温度，通过与设定的温度信号进行比较，计算温度误差e和温度变化率ec；

（2）所述的温度偏差信号和温度变化率信号共同输入模糊控制器；

（3）当电阻炉温度偏差大且温度变化率小时，采用模糊控制；

（4）所述的模糊控制器对输入信号进行模糊化，根据模糊规则得出模糊值；

（5）所述的模糊控制器根据得出的模糊值对输出信号进行解模糊化，得到所需要的控制器输出信号q；

（6）所述的模糊控制器的输出信号q加到调压加热器上，进行调节电压，改变加热功率；

（7）所述的调压加热器的输出信号输出到电阻炉上，进行温度的有效控制。

步骤(1)中温度偏差信号e和温度变化率信号ec，经过模糊推理后输入到模糊控制器。在步骤(5)中对输出信号进行解模糊化后输出控制量q。在步骤(1)中所述的温度误差e的论域是-1至1，温度误差变化率ec的论域是-1至1。在步骤(5)中所述的控制器输出信号q论域是-1至1。在步骤(1)中新建立一个误差e的隶属函数，隶属函数采用三角函数，将零值设置为正零单个三角形分布，用以提高收敛温度的效果。

根据温度误差e和误差的变化率ec，修改pid控制器中比例p，积分i，微分d参数的大小，使温度平稳上升。