基于PWM的模糊PID溫度控制系統(tǒng)研究

1、自動化技術(shù)與應用年第卷第明工業(yè)控制與應用基于的模糊溫度控制系統(tǒng)研究李濤。王圓妹（長江大學電子信息學院，湖北荊州）摘要：在人井液動態(tài)損害仿真系統(tǒng)中溫度是一項重要的影響因素。本文設計了一種基于脈沖寬度調(diào)制（）技術(shù)的精確閉環(huán)溫控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用以單片機為核心的數(shù)字電路控溫技術(shù)，自適應模糊控制算法，通過脈寬調(diào)制的方式改變加熱器件的加熱功率，實現(xiàn)對溫度的高精度控制。仿真結(jié)果表明，這種控制方式控制效果優(yōu)于常規(guī)控制，有效地改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)精度和魯棒性。關(guān)鍵詞：脈沖寬度調(diào)整算法；溫度控制中圖分類號：文獻標識碼：文章編號：（）一、佃阻（印仃此卸，柚體吼：）（）。：；引言人井液損害仿真系統(tǒng)是用來評價入井

2、液對油氣層件脈寬調(diào)制技術(shù)的模糊溫控方法，并利用仿真驗證了所得的結(jié)論。的損害深度和程度，優(yōu)選入井液的。不同的入井液對油氣層的損害是截然不同的，選用合適的入井液可以達到保護油氣層的目的【。要正常應用人井液損害仿真系統(tǒng)的評價作用首要的就是要模擬井下高溫高壓的環(huán)境。其中溫度是一項要求精度高但又難以精確控制的、重要的影響因素，因此設計一種高精度的溫度控制系統(tǒng)是非常有必要的。目前溫度控制的方法主要采用常規(guī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理系統(tǒng)選用單片機作為溫度控制的中央處理機，即下位機；選用機作為上位機，完成對下位機及現(xiàn)場的監(jiān)控、對下位機采集到的數(shù)據(jù)進行分析、處理及實時顯示數(shù)據(jù)變化曲線等任務。二者之間由串行通信完成數(shù)據(jù)交

3、互。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。和以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)結(jié)合多種控制手段的控制，這些方法只適用于動態(tài)性能良好而且控制性能要求不高的線性系統(tǒng)。溫度變化的時滯性、非線性、時變性和難以建立數(shù)學模型的特性決定了用傳統(tǒng)的單一控制手段很難實現(xiàn)溫度的精確控制，因此本文提出基于軟入信號調(diào)理電酬調(diào)功電路熱電阻傳感到加珙器圖嘲面中審系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖收稿日期：一匏角由瞄嘣嗥豳幅工業(yè)控制與應用自動化技術(shù)與應用年第卷第期首先由熱電阻溫度傳感器所測得的溫度實際值通過信號調(diào)理電路和位的轉(zhuǎn)換后送入單這里假定波的周期為秒，把每個周期分成片機；然后測量出的溫度實際值和設定的目標溫肘份，由模糊算法得到一個之間整數(shù)度值進行比較，所得的差值經(jīng)自適

4、應模糊算法得出形式的輸出控制量。一個周期開始時，控制量，控制波的輸出占空比。利用軟件脈寬調(diào)腳輸出高電平，加熱器停止加熱，每毫秒減，當肘制技術(shù)，由，。腳輸出相應的波，實現(xiàn)固態(tài)繼電器的通斷控制，從而控制加熱器的加熱功率。輸出低電平，這時加熱器開始加熱，直到減為，重新開始下一個控制周期。等到下一周期開始腳電平系統(tǒng)軟件設計又被置為高電平，如此反復進行便產(chǎn)生溫度控制的系統(tǒng)軟件由上位機管理軟件和下位機控制器應用波。軟件組成。上位機軟件設計上位機管理軟件是在操作平臺上，利用開發(fā)。具有的功能包括對下位機發(fā)出各種控制指令，用鍵盤給出溫度控制量，并通過下位機向執(zhí)行機構(gòu)送出；實時顯示溫度并記錄溫度數(shù)據(jù)；以圖形方式顯

5、示，打印溫度變化曲線。下位機軟件設計）下位機軟件設計主要包括：采樣程序設計、波的設計、模糊控制算法設計、與上位機通信程序設計等。下位機主程序流程圖如圖所示。圖定時中斷程序流程圖圖模糊控制原理框圖溫度變化的非線性、時變性和難以建立數(shù)學模型的特性決定了用常規(guī)【控制器通常很難達到理想的圖下位機主程序流程圖控制效果。在實際生產(chǎn)現(xiàn)場中，因受到參數(shù)整定方法繁雜的困擾，常規(guī)控制器參數(shù)往往整定不良、性能欠）波的設計佳、對被控過程的適應性差。針對上述問題，利用模糊控制采用軟件定時器實現(xiàn)，定時器以工頻周控制具有不用建立數(shù)學模型，魯棒性好等優(yōu)點提出了模期為基本計數(shù)周期進行減法定時，定時中斷程序流程圖糊控制【引。以溫

6、度的誤差及誤差的變化率作自動化技術(shù)與應用年第卷第期上業(yè)于仝市與挫用為模糊控制器的輸人變量，經(jīng)過模糊推理，輸出量為參數(shù)的修正量。，從，叢。在線實時整定的三個參數(shù)：比例系數(shù)足，、積分系數(shù)，、微分系數(shù)（加由，。在同一階躍信號下，分別對模糊自適應控制與常規(guī)控制方法進行仿真，仿真曲線如圖所示。，從而實時調(diào)整的輸出控制信號，實現(xiàn)對信號占空比的精確控制。原理圖如圖所示。將溫度的變化及溫度的變化率絲以及個輸出，叢，的變化范圍定義都定義為模糊集上的論域：一，一，其模糊子集為，從。，從，峨，子集中元素分別代表負大，負中，負小，零，正小，正中，正大。根據(jù)模糊控制理論的原則，并且考慮到對論域的覆蓋程度和靈敏度，穩(wěn)定性

7、和魯棒性原則，本系統(tǒng)中的各模糊子集以三角形為隸屬度函數(shù)曲線，因此相應的隸屬函數(shù)曲線如圖所示。圖系統(tǒng)響應曲線（曲線、分別是模糊、常規(guī)控制仿真曲線）結(jié)束語本文采用軟件脈寬調(diào)制技術(shù)，利用模糊算法控一燃（吁摹制單片機輸出占空比可變的信號，實現(xiàn)了對溫度的精確控制。一禽論壤圖，衄，趙艤，叢的隸屬度函數(shù)曲線參考文獻：【江厚順，王尤富，侯立朋，許朝旭入井液的快速篩選及地層損害預測系統(tǒng)研究【】鉆井液與完井液，（）：根據(jù)多次實驗的溫度控制經(jīng)驗和參數(shù)整定的一般規(guī)律，得到針對，三個參數(shù)分別整定的模糊控制表，表給出了。的模糊控制表。根據(jù)【】李濤，翁惠輝，王圓妹基于單片微機的人井液動態(tài)損害仿真系統(tǒng)設計儀器儀表與分析監(jiān)測，

8、（）：【】王驥成，祝和云化工過程控制工程北京：化學工業(yè)出版杜，謝整理出的模糊控制規(guī)則進行，蜀，三個參數(shù)的自適應校正。表模糊控制規(guī)則表【】，（）：一陽產(chǎn)心：【】，髓聆【】，（）：仿真根據(jù)溫度傳遞的大滯后、大慣性的主要特性，將被控的溫度控制對象簡化為一個帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)。其傳遞函數(shù)為作者簡介：李濤（一），男，博士，研究方向：智能控制基于PWM的模糊PID溫度控制系統(tǒng)研究作者：作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次數(shù)：李濤， 王圓妹， LI Tao， WANG Yuan-mei長江大學電子信息學院,湖北,荊州,434023自動化技術(shù)與應用TECHNIQUES OF AUTOMATION AND APPLICATIONS2008，27(10)0次參考文獻(5條)1.江厚順.王尤富.侯立朋.許朝旭 入井液的快速篩選及地層損害預測系統(tǒng)研究期刊論文-鉆井液與完井液2005(04)2.李濤.翁惠輝.王圓妹 基于單片微機的人井液動態(tài)損害仿真系統(tǒng)設計期刊論文-儀器儀表與分析監(jiān)測 2004(01)3.王驥成.祝和云 化工過程控制工程 20024.A VISIOLI Tuning of PID controllers with Fuzzy Logic 2001(01)5.REZNIK L.BOURMISTROV A PID plus fuzzy controller