基于模糊PID的電阻爐溫度控制系統
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3．3 液晶顯示與按鍵驅動(dòng)部分
液晶顯示屏和按鍵是最常用的輸出和輸入設備。該系統中采用3個(gè)獨立的按鍵作為輸入控制鍵，LCD12864液晶顯示屏作為輸出設備。作為輸入處理部分的3個(gè)按鍵的功能分別為選擇、調整和確認。系統上電運行時(shí)，可以通過(guò)選擇鍵循環(huán)選擇設定溫度的3個(gè)位和OK選項，當其中某項被選擇后，其下面出現橫線(xiàn)來(lái)標識。在設定溫度的3個(gè)位上，可以通過(guò)調整鍵進(jìn)行0～9的循環(huán)選擇，當選中合適的數字后，可以按確認鍵進(jìn)行值的確認。三位都調整確認完畢后，通過(guò)選擇鍵選中“OK”，按確認鍵，這樣系統將啟動(dòng)運行。
3．4 模糊PID計算
模糊PID計算是整個(gè)系統的核心部分，主要是設計模糊PID控制器，其中的e和ec的論域均為-3～+3。在實(shí)際的控制過(guò)程中，在加熱至e為150之前，占空比為1，全速加熱，當進(jìn)入e≤150的區域后，才啟動(dòng)模糊PID進(jìn)行計算，通過(guò)不斷調整△Kp、△Ki和△Kd的大小，控制輸出量u的大小，最后使電阻爐的溫度達到平衡。
4 仿真實(shí)驗
系統中分別采用常規PID控制、純模糊控制和模糊PID控制3種控制方法，利用MATLAB進(jìn)行仿真實(shí)驗，從調節時(shí)間、超調量和穩態(tài)誤差方面比較它們的控制性能。
通過(guò)前兩種控制方法的仿真實(shí)驗，對于常規PID控制，當給定溫度值為500時(shí)，調節時(shí)間約為1 200 s，超調量約為22．9％，穩態(tài)誤差為零；對于純模糊控制，給定溫度值為500時(shí)，調節時(shí)間約為1 000 s，超調量為20℃，最終的穩態(tài)誤差較大，約為10℃。
最后對模糊PID控制方法進(jìn)行仿真實(shí)驗，對各輸入參數進(jìn)行模糊化處理，取e的量化因子Ke=0．02，ec的量化因子Kec=0．1。對輸出量進(jìn)行解模糊化，得到△Kp、△Ki和△Kd的比例因子均為0．1。選取經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的初始PID參數，使Kp=0．15、Ki=0．001、Kd=1．7。得到的模糊PID控制仿真曲線(xiàn)如圖5所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/171001.htm
由系統的仿真曲線(xiàn)圖可見(jiàn)，模糊PID控制的性能指標為：調節時(shí)間約等于3 500 s，超調量約為7．5％，穩態(tài)誤差為零。
經(jīng)過(guò)對常規PID控制、純模糊控制和模糊PID控制3種控制方案的仿真研究和分析，明顯看出，PID控制響應曲線(xiàn)超調量最大、調節時(shí)間較長(cháng)、最終的穩態(tài)誤差為零；純模糊控制響應曲線(xiàn)超調量最小、調節時(shí)間最短、但是最終的穩態(tài)誤差卻很大；將兩種控制算法結合在一起的模糊PID控制策略可實(shí)現減小超調量、穩態(tài)誤差為零等非常理想的性能指標。溫度控制的延遲是變化的，對于溫度控制這樣的非線(xiàn)性、有延遲的復雜的控制對象，模糊PID控制器顯示了明顯的優(yōu)越性，性能指標要比常規PID控制器改善很多。
5 結論
文中將模糊控制算法引入傳統的電阻爐溫度控制系統構成模糊PID控制系統。通過(guò)將常規PID控制方法、純模糊控制方法和模糊PID控制方法進(jìn)行仿真對比，發(fā)現模糊PID控制方法具有較好的動(dòng)靜態(tài)響應特性和較強的魯棒性，還能夠消除系統余差，這對具有非線(xiàn)性、時(shí)變和延遲等特征的控制對象尤為適用。并且該方法設計比較簡(jiǎn)單，易于實(shí)現，適合于工業(yè)控制應用。
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