毕业设计--反应釜温度智能控制系统设计

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1、 第 1 页 共 21 页 增益规划的模糊温度控制器的单向输入系统 摘要：在许多化工和半导体的生产过程中，温度是获得所需产品质量的一个非常重要的 控制参数。一般来说，温度控制系统拥有非线性时变、慢响应、时延、单向输入控制的 特点。一般很难估计它的精确动态模型，因此也很难设计一个通用的温度控制器去获得 好的控制效果。本文提出了一种不需要特定模型的智能增益规划的模糊控制策略，设计 了一个只有温度输入的封闭的铁室温度控制器。增益规划的概念是指为了获得较好的控 制性能而在控制的过程中调整隶属函数的变化范围。 实验结果显示， 应用这个控制策略， 阶跃响应的稳态误差总是低 0.2%，而且没有超调。它非常适

2、合工业上的温度控制系统。 关键词关键词：模糊控制，增益规划，单向输入的温度控制 第 2 页 共 21 页 1 简介简介 在化工、材料、半导体等生产过程中，温度是一个非常重要的控制参数。例如，材 料的热处理、薄膜沉积、电视玻璃熔炉等都需要适当的温度控制系统。一些温度控制系 统需要加热和冷却阶段，其他的就只需要加热阶段。他们的动态表现拥有明显的区别。 只有加热输入的温度控制系统相比于双输入的控制系统更难监控，更难获得较好的控制 性能。在控制领域，怎样去设计一个通用的温度控制器使之在工业应用中拥有较好的响 应速度、较小的稳态误差、没有超调，这任然是一个挑战。目前，开关控制和 PID 控制 策略被应用

3、在商业生产。PID 控制器诞生于 1936 年。在工业生产的自动控制系统中被 广泛的应用。然而，怎样调整增益是执行 PID 控制器的关键因素。如果系统的精确模型 是可以获得的，那么可以应用 Zigler-Nichols 和 IMC 整定方法得到适当的控制增益。然 而，加热设备拥有时滞和非线性的的特点。因此很难获得一个精确地动态模型，从而难 以实现 PID 控制器设计。 一般， 为了获得一个较好的控制响应， 它需要反复的测试过程。 当系统遇到外加干扰或者是设定值时，系统的瞬态响应将会变坏。这就需要在线的调整 去重新适应这种变化或者换成人工控制。这就不是一个方便的应用，并且在生品产品过 程中产品的

4、参数可能就不会保持好的水平。因此，不需要特定模型的模糊控制策略获得 了研究者的亲睐。打开本模板时，首先会弹出如下对话框（错误错误!未找到引用源。未找到引用源。）。 大家选择启用宏即可。如果没有出现该对话框，则需要首先设置错误错误!未找到引用源。未找到引用源。 所示，选择总是相信来自此发布者的宏即可。 尤索夫在 1994 年地一篇控制水浴温度的文章中提出了一种自适应调节的 PID 控 制策略。采用频率变形环技术来调整化学蒸汽沉积扩散炉温度控制器的增益。这种方法 的合适增益主要是通过研究开环延迟控制的输出响应。此外，由于他拥有不需要特定模 型的特征，模糊控制在许多的工业生产过程得到了成功的应用。最

5、近，模糊控制原理被 用来改善 PID 控制的自适应性和鲁棒性。Moon 和 Lee 在 2003 年提出了应用模糊和 PID 的混合控制方法去控制电视玻璃溶解炉的温度。模糊逻辑方案同样应用在自适应 PID 控制器的增益。这种方法的 PID 增益是具有跟踪性能的非线性函数。他能根据输 出误差的变化而作出自适应的调整。相比于传统的 PID 控制器，它能够获得更好的鲁 棒性、快速响应性、低超调性。然而，问题是很难设计一个相应参数的模糊控制规则表。 因此，为了获得稳定的自适应性能，一种自组织和自适应的模糊控制器被用来设计温度 第 3 页 共 21 页 控制器，但是，这种控制策略任然不能获得快速的瞬态响

6、应和精确地稳态响应。 通常，温度控制系统拥有非线性时变和时延的特点。对于基于模型的控制器的设计 来说，人们很难去估计一个合适的动态模型。特别的，只有单输入的温度控制问题具有 时延和不对称性的控制行为。基于传统的控制算法，很难获得精确的温度控制精度和好 的瞬态响应。这里采用不需要特定模型的增益规划模糊控制策略去设计单相的温度控制 器，他能够自动切换增益参数以达到更好的瞬态响应和小的稳态误差。本文的目的是设 一个通用的智能温度控制器。 文章将对增益规划模糊控制器和自整定 PID 控制器的温度 动态响应行为作出比较。试验平台是一个只有加热控制输入的封闭铁室。 第 4 页 共 21 页 2 系统结构系统结构 图一所示的是一个基于计算机的温度监控系统的系统结构。计算机通过数模转换卡 将电压信号发送给半导体控制整流驱动器。 一个 12 位的低成本的 ASIO-113AD/DA/8255 接口卡被选来应用于这个控制系统。半导体整流驱动器拥有 250 欧姆的内阻，用来将 1 到 5 伏的控制电压转换成 4 到 20 毫安的控制输入信号。这个半导体整流能够监视单相 的 110 伏和 20 安的电源