模糊温度控制器的设计与Matlab仿真徐鹏摘要:针对温度控制系统的时变、滞后等非线性特性及控制比较复杂的问题,提出了一种模糊控制方案以改善系统的控制性能.该方案采用mamdani推理型模糊控制器代替传统的PID控制器,依据模糊控制规则由SCR移相调控晶闸管控制电阻炉电热功率,实现对温度的控制.Matlab仿真结果表明,模糊控制的引入有效地克服了系统的扰动,改善了控制性能,提高了控制质量.关键词:温度控制器;模糊控制;仿真分析中图分类号:TP272文献标志码:AAbstract:Forthetemperaturecontrolsystemwiththenonlinearcharactersoftime-varyingandlagandthecomplexityincontrol,afuzzycontrolalgorithmispresented.ThealgorithmadoptsmamdanireasoningfuzzyPIDcontrollertoreplacethetraditionalPIDcontrollerandusetheSCRphase-shiftthyristortocontrolthee-lectricresistancefurnacepowerbasedonthefuzzycontrolrulestoimplementthetemperaturecontrol.Matlabsimulationresultsshowthatthefuzzycontrolcaneffectivelyovercomethedisturbanceandimprovethecon-trolperformance.Keywords:temperaturecontroller;fuzzycontrol;simulationanalysis0引言在工业生产过程中,温度控制是重要环节,控制精度直接影响系统的运行和产品质量.在传统的温度控制方法中,一般采取双向可控硅装置,并结合简单控制算法(如PID算法),使温度控制实现自动调节.但由于温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后等特点,很难用数学方法建立精确的模型,因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果.鉴于此,本文拟以模糊控制为基础的温度智能控制系统,采用人工智能中的模糊控制技术,用模糊控制器代替传统的PID控制器,以闭环控制方式实现对温度的自动控制.1温度控制系统的硬件组成在该温度控制装置中,由SCR移相调控晶闸管控制电阻炉来实现对温度的控制.在温控系统中,通过CAN总线将控制站、操作站和通信处理单元连为一体.温度控制系统的结构简图如图1所示.图1温度控制系统结构简图本系统现场控制站由主控卡(ADAM5000/CAN)、总线适配卡(PCL841)、模拟量输入卡(5017)、模拟量输出卡(5024)构成基本控制回路.其中被控对象为箱形电阻炉(电压220V,功率4.5kW,额定温度1200℃),系统采用镍铬热电偶作为温度传感器,其检测温度范围为0～1300℃,对应输出为0～52.37mV.采用DBW型温度变送器,把热电偶输出的mV信号转变为0～5V标准模拟信号.该信号经A/D转换成数字信号,送入计算机.计算机将实际检测信号与给定信号比较后发出控制信号,经D/A转换成0～5V模拟信号,该信号对应可控硅触发器的0～100%触发,触发可控硅的导通角以改变电阻炉的电热功率.图1所示的温度模糊控制系统和常见的负反馈控制系统相似,不同之处是控制装置为模糊控制器.热电偶传来的带有温度信号的mV级电压,经滤波、放大后,送至A/D转换器.这样,就将所检测的炉温对应的电压信号转换成数字量送入计算机,并与给定的电压信号进行比较,计算其偏差,计算机再对该偏差按一定的规律进行运算.运算结果可以控制可控硅在控制周期内的过零触发脉冲个数,也就是控制电阻炉的平均功率的大小,从而达到控制温度的目的.该控制系统的硬件系统由同步过零检测电路、温度信号检测及可控硅触发电路、掉电检测与保护电路等组成,其中模糊温度控制器的设计是重点.2模糊温度控制器的设计本次设计采用mamdani推理型模糊控制器.该控制器为双输入、单输出结构:输入量为设定的锅炉温度值与采样值的偏差E以及温度偏差值的变化率EC;输出量为温度控制量U.模糊控制器的具体设计步骤如下:1精确量的模糊化过程.根据本系统的实际性质和要求,对输入量和输出控制量的模糊语言描述(模糊集)定义如下:设定输入变量e和ec语言值的模糊子集为{负大,负中,负小,零,正小,正中,正大},简记为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},将偏差e和偏差变化率ec量化到(-3,3)的区域内本系统所选择的隶属函数均为三角形分布,这样就完成了精确量的模糊化过程.不同的系统,其模糊集的隶属函数是不同的,要根据实际情况和实践经验而定.2模糊控制算法.模糊控制的核心是模糊控制规则的建立.模糊控制规则的实质是把操作者的经验加以总结,并将在控制过程中由经验得...