基于模糊PID的电热炉温度智能控制系统

【摘要】电热炉是工业热处理生产中广泛采用的一种设备,其温度控制具有慢时变、纯滞后、非线性等特点,很难用数学方法获得精确的数学模型和确定的参数。对控温精度要求高时,应用传统的控制理论和方法难以达到理想的控制效果。为此,本文以单片机为核心,开发了一种基于模糊PID控制的、价廉物美的温度自动控制系统。不仅控温精度高,节约能源,而且可靠性高。本文阐述了国内外炉温控制的方法和发展状况,论述了本设计的内容和意义。在分析了工业现场的生产过程及其要求的基础上,构建了一种采用模糊PID控制技术的电热炉温度智能控制系统,并对控制系统的硬件组成、控制算法和软件实现进行了详细的设计分析。本文研究工作的重点主要是系统硬件设计与软件设计以及模糊PID控制算法与仿真。主要工作如下：在硬件设计上,给出了硬件系统各模块电路设计,论述了电路工作原理。系统以AT89C52单片机为信息处理核心,论文重点介绍了温度检测单元和温度控制单元设计方法。系统应用RS-232串口实现温控系统与PC机之间进行通信。此外,论文对PWM控制输出通道、控制面板和报警电路等各外围电路进行了功能分析和电路设计在软件设计上,给出了系统所有功能的软件控制与实现程序。对温度检测模块、模糊PID控制算法、RS-232串口模块、LED显示模块等应用程序进行了开发设计。本文借助MATLAB工具,对常规PID控制、普通模糊控制和模糊PID控制方法进行了仿真分析。实验结果表明,当采用常规PID控制时,系统的调节时间与超调量不能同时满足技术要求；当采用普通模糊控制时,系统出现了较大的稳定误差,尽管调节时间与超调量同时满足技术要求。因此本文结合PID控制的通用性、可靠性与模糊控制的智能化、快捷性,研制了一种利用模糊推理方法的在线整定PID参数Kp、Ki和Kd的模糊PID控制器。经仿真实验研究,模糊PID控制行之有效,是一种较为理想的电热炉温度智能控制方案,实现了系统所要求的控制稳定、调节时间短且超调量小等性能指标。最后,介绍了系统与上位机的通信控制界面设计、通信协议以及通信程序实现。
【作者】何荣誉；
【导师】滕召胜；何端阳；
【作者基本信息】湖南大学，控制工程，2014，硕士
【关键词】电热炉；温度控制；模糊PID；PWM；单片机；

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