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【毕业设计】PID温控系统的设计及仿真 【毕业设计】PID温控系统的设计及仿真

格式:word 上传:2022-06-24 20:04:17

《【毕业设计】PID温控系统的设计及仿真》修改意见稿

1、“.....可是由于温度自身的些特点,如惯性大滞后现象严重难以建立精确的数学模型等,使控制系统性能不佳。在关于温度控制的绝大部分文献资料中,控制结果都是有超调的,而且很多时候超调量较大,本论文是基于这特点,研究种控制方案,将其用于大部分温控场合,都能达到零超调,且调节时间快,稳态误差也非常小的理想效果。另方面也是基于控制实验室建设的需求,将其用于对实验电烤箱温度进行控制,达到调节时间短超调量为零且稳态误差较小的技术要求。控制系统背景介绍随着计算机科学和自动化水平的不断提高,在各种应用领域都大量采用计算机控制系统。计算机控制系统的应用使得科学研究工农业生产工艺实践的效率大大提高,同时也大幅度提高了产品和成果的质量。计算机控制系统从结构上讲都是类同的,它包括计算机组成的控制器和被控对象,并且对象的输出通过反馈回路反馈给控制器,形成个闭环的控制系统。也有部分计算机控制系统是开环系统,如线切割机等。从采用的部件角度讲......”

2、“.....采用大中型机在般控制系统中,采用微型机而功能较专的控制系统采用单片机。由于大量的控制系统的任务较专业化,并且执行的是直接数字控制任务,故基本采用单片机。单片机是目前控制系统采用最多的器件和芯片,它在军事航空航天交通工业农业等领域都有大量的应用。温控系统的设计和仿真第章绪论当代温控系统及智能算法智能控制算法广泛应用于各种温度控制器的设计之中,这里就最近几年快速发展的几种智能控制算法做个综述。神经网络控制人工神经网络是当前主要的也是重要的种人工智能技术,它采用数学模型的方法模拟生物神经细胞结构及对信息的记忆和处理而构成的信息处理方法。它用大量简单的处理单元广泛连接形成各种复杂网络,拓扑结构算法各异,其中误差反向传播算法即算法应用最为广泛。温度控制系统由于负载的变化以及外界干扰因素复杂,而传统的控制对于外界环境的变化只能做近似的估算,因此系统控制精度不高。人工神经网络以其高度的非线性映射自组织自学习和联想记忆等功能,可对复杂的非线性系统建模。该方法抗干扰能力强......”

3、“.....训练方法实际是网络的自学习过程,即根据事先定义好的学习规则,按照提供的学习实例,调节网络系统各节点之间相互连接的权值大小,从而达到记忆联想归纳等目的。在温控系统中,将对温度影响的因素如气温外加电压被加热物体性质以及被加热物体温度等作为网络的输入,将其输出作为控制器的参数,以实验数据作为样本,在微机上反复迭代,自我完善与修正,直至系统收敛,得到网络权值,达到自整定控制器参数的目的。在每个网络节点增加了记忆神经元,在学习动态非线性系统时,不需知道实际系统太多的结构知识,当系统滞后比较大时也不会造成网络庞大难以训练。模糊控制模糊控制是基于模糊逻辑描述的个过程控制算法,主要嵌入操作人员的经验和直觉知识。它适用于控制不易取得精确数学模型和数学模型不确定或经常变化的对象。温度控制系统的模型通常是不完善的,即使模型已知,也存在参数变化的问题。控制虽然简单方便,但难以解决非线性和参数变化等问题。模糊控制不需要对象的精确模型,仅依赖于操作人员的经验和直观判断,非常容易应用......”

4、“.....建立规则,例如,温度太高温度正在上升,减少控制量将这些模糊规则写成模糊条件语句,形成模糊模型。根据控制查询表,形成模糊算法。对温度误差采样的精确量模糊化,经过数学处理输入计算机中,计算机根据模糊规则推理做出模糊决策,求出相应的控制量,变成精确量去驱温控系统的设计和仿真第章绪论动执行机构,达到调节温度,使之稳定的目的。同传统的控制比较,模糊控制响应快超调量小对参数变化不敏感。模糊控制与结合模糊模型使用模糊语言和规则描述个系统的动态特性及性能指标。其特点是不需知道被控对象的精确模型,易于控制不确定对象和非线性对象,对被控对象参数变化有强鲁棒性,对控制系统干扰有较强抑制能力。然而,模糊控制的局限性在于模糊规则库的建立缺乏完整性,没有明确的控制结构,存在较大稳态误差函数图图图是该型模糊控制器的各个变量的隶属函数图。可见输入变量和的模糊子集均为,论域均为,输出变量和的模糊子集均为论域均为,。各模糊值的隶属度函数曲线都为三角形......”

5、“.....为该型模糊控制器的控制规则,表中横轴纵轴分别为和的模糊子集。同样控制规则是在窗口输入的,这里的形式为表示各变量所分成的模糊值。规则库如图所示,共条。然后,使用该模糊控制器在中构建整个控制系统。如图所示。图模糊自整定控制规则库编辑器图电烤箱参数模糊自整定控制系统仿真结构框图温控系统的设计和仿真第四章仿真研究图给定值为时响应曲线图给定值为时响应曲线图给定值为时响应曲线图给定值为时响应曲线图给定值为时响应曲线图给定值为时响应曲线不同给定值所对应的仿真曲线如图图所示。由上面各图看出性能指标调节时间最大约为,超调量,稳态误差。仿真结果表明对于电烤箱,当给定值不同时,需要调整积分限值,才能达到响应曲线调节时间短超调量为零稳态误差为零的理想技术指标。小结经过以上的对控制模糊控制和参数模糊自整定控制三种控制方案的仿真研究和分析,明显看出,控制响应曲线超调量较大,纯模糊控制的稳态误差大......”

6、“.....因此,选择它作为温控方案。温控系统的设计和仿真第五章总结与展望第五章总结与展望主要工作内容论文主要着眼于控制理论的研究,具体讨论了以下几个问题控制算法对控制算法进行了仿真,着重分析了其存在的两个主要问题参数整定困难,动态响应慢。模糊控制算法采用模糊控制的基本原理与设计方法进行仿真,指出了其存在的几个主要问题自适应性弱,稳态精度低,易发生规则爆炸。由于模糊控制是在固定论域上进行均匀分档,当系统愈接近稳态,控制策略愈不细腻。通过整定量化因子与比例因子,系统的动静态性能可以得到提高。模糊控制算法针对单控制的不足,结合控制的稳态精度高动态响应慢与模糊控制动态响应快稳态精度低的特点,采用模糊控制算法,以实现优劣互补,以满足电烤箱的设计要求。工作小结通过理论研究和项目的实际开发感触颇深智能控制是对自动控制理论和技术发展到个新阶段的概括,它并不排斥传统控制理论,而是对其继承和发扬。要有扎实的控制理论知识,对微控制器应用系统要熟悉,要有定的计算机技术......”

7、“.....没有理论作基础,很难完成高质量的系统设计。必须坚持理论与实践相结合,目前大多数研究是从理论上着手,并且已经出现了很多成果,但实践中因为多种干扰因素的影响,效果不是很佳,甚至有时根本不能在现场使用,导致理论脱离实际。温控系统的设计和仿真第五章总结与展望存在的问题及未来的方向下步的工作本论文将智能模糊控制方法引入电烤箱的控制中,在模拟仿真中得到满意的效果。尽管如此,在具体的生产应用中也暴露出模糊控制思想的些局限性,以下几方面是今后需进步研究和实践的重点完成对单片机软件部分的设计。由于目前模糊控制器的设计基本上是根据专家和具有丰富经验的操作人员的经验和大量的计算机模拟实验,具有定的暗箱效应,控制规则不能自动生成与优化,需进步研究自学习模糊控制策略。展望随着工业对象的日益复杂,必然会对控制系统提出更高的要求。智能控制理论与应用仍然有许多需要完善的部分,将多种控制策略相互结合是今后计算机控制系统理论与应用研究的重要方向。硬件上......”

8、“.....限制了在以单片机作微处理器的工业控制中的应用,需要加快简单实用的模糊集成芯片和模糊控制装置的开发与推广应用。传统控制理论现代控制理论与智能控制技术模糊控制神经网络遗传算法等相融合集成的研究,从功能上组成互补系统和利用种智能技术来改进另种智能技术的研究,将是今后控制理论研究的个重要发展方向。结束语针对电烤箱温度控制系统,本文在中分别对控制模糊控制和参数模糊自整定控制进行了仿真研究。结果表明控制响应曲线超调量较大,模糊控制的响应特性稳态误差大而采用本文设计的用模糊规则调节两个参数的参数模糊自整定控制方法,可得到调节时间短超调量为零稳态误差为零的极为理想的性能指标。而且这种方法的抗干扰能力也很强,同时对阶惯性滞后环节的适应能力很强,由于般温控对象的数学模型可用阶惯性滞后环节来描述,因而这控制方法对温控场合的适用性很强。具体设计了以单片机为核心,型热电偶为温度传感器,芯片为温度转换元件,由双向晶闸管和构成温度反馈信息给单片机,并由按键数码显示器及报警电路等组成电烤箱温度控制闭环系统......”

9、“.....但是由于些原因,未得出最后的实验调试结果。虽然仿真环境不可能与实际情况完全相同,但它的结果还是有相当指导意义的。实验调试工作有必要以后继续进行。本文的这设计思想也为以后继续完善奠定了基础,提供了思路,可进步研制成实验设备和工业生产过程中的控制仪表。最后感谢魏老师长时间以来悉心的教导和无微不至的关怀,在此向魏老师致以诚挚的谢意。还要特别感谢我的父母,感谢他们多年来对我的养育之恩,感谢他们始终如地尊重并支持我的选择。他们不畏艰难,无比坚强乐观的精神直是我前进的动力向上的源泉。最后还要感谢在百忙之中抽出宝贵时间对本论文进行评审的各位专家们,衷心感谢您们对这篇论文提出的宝贵意见。谢谢,参考文献余永权,旺明慧,黄英单片机在控制系统中的应用北京电子工业出版社,丁辉,张莉莉编译国外模糊控制理论和技术的发展概况,国外情况报道,梁学敏变频器的传动控制及与的通讯微计算机信息,胡社教,徐晓冰,杨柳温度控制仪表的模糊控制合肥工业大学报向文圆......”

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