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精密制造与自动化 2010 年第2 期 设计与开发 基于模糊 PID 的温度控制系统设计与分析 吕俊霞 河南工业职业技术学院 机电工程系 （473009 ） 摘 要 分析了 PID 的温度控制系统设计与方法，阐述了温度控制在工农业生产、国防、科研以及日常生活等领 域占有重要的地位，是工农业生产及生活中较为常见和基本的工艺参数之一。利用计算机进行温度控制来实现实 时调节、数字显示、信息存储，对于提高生产效率和产品质量，节约能源等有着积极的意义。 关键词 模糊控制 PID 温度 系统 1 模糊控制在温度调节系统中的应用现状 主观经验，如选择隶属函数、确定控制规则等，这 温度控制在工农业生产、国防、科研以及日常 不可避免地会带有不合理的成份，也必然影响系统 生活等领域占有重要的地位，是工农业生产及生活 的控制效果。因此，寻求减少控制器设计中人的主 中较为常见和基本的工艺参数之一。利用计算机进 观因素影响、提高模糊控制器性能的方法问题引起 行温度控制来实现实时调节、数字显示、信息存储， 了人们的极大兴趣。另外，随着各种寻优算法的迅 对于提高生产效率和产品质量，节约能源等有着积 速发展，模糊控制和寻优算法紧密的结合已成大势 极的意义。 所趋。目前形成了多种具有自学习自适应能力的新 另外随着社会的进步和人民生活水平的不断提 型模糊控制器。 高，像任何其他控制系统一样，对温度控制系统的 要求也越来越高。 2 模糊PID策略的研究 自动控制系统的被控对象越来越复杂，不仅表 众所周知，温度变化过程的机理是很复杂的， 现在控制系统具有多输入的参数时变性和严重的非 且温度控制系统由于存在着大惯性、非线性等特性， 线性，更突出的是从系统对象所能获得的知识信息 如果采用普通的控制算法，例如PID等，试图建立精 量相对减少，以及与此相反地对控制性能要求的日 确的数学模型是极其困难的，很难保证最后的控制 益提高。 效果；如果采用自适应等控制算法，就要花费大量 然而，实际情况正如查德教授提出的:“当一个 的精力去分析系统的模型，并且由于温度控制系统 系统复杂度增大的时候，人们能够使它精确化的能 的模型复杂，建立模型也比较难于正确地描述系统 力将降低，当达到一定的阈值的时候，复杂性和精 的真实行为，所以采用该控制方法也不是非常合适 确性将会相互排斥”。即在多变量非线性时变的系 的。温度控制系统本身就是时变的、非线性的、有 统中，系统的复杂性与人们要求的精确性之间会形 滞后的复杂系统，因此无论使用经典的PID控制还是 成尖锐的矛盾。因此，要想精确描述复杂对象与系 现代控制理论的各种算法都很难达到满意的控制效 统的任何物理现象和运动状态，实际上是不可能的， 果。但是，对于这些难以利用传统方法实现自动控 关键是如何使精确与简明取得平衡，而使问题的描 制的生产过程，有经验的操作人员使用手动控制却 述具有实际意义。 能够取得令人满意的控制结果。 模糊控制作为智能控制的重要组成部分，用于 分析一下操作人员的