基于模糊PID的電阻爐溫度控制系統(tǒng)
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3．3 液晶顯示與按鍵驅動部分
液晶顯示屏和按鍵是最常用的輸出和輸入設備。該系統(tǒng)中采用3個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個按鍵的功能分別為選擇、調整和確認。系統(tǒng)上電運行時，可以通過選擇鍵循環(huán)選擇設定溫度的3個位和OK選項，當其中某項被選擇后，其下面出現(xiàn)橫線來標識。在設定溫度的3個位上，可以通過調整鍵進行0～9的循環(huán)選擇，當選中合適的數(shù)字后，可以按確認鍵進行值的確認。三位都調整確認完畢后，通過選擇鍵選中“OK”，按確認鍵，這樣系統(tǒng)將啟動運行。
3．4 模糊PID計算
模糊PID計算是整個系統(tǒng)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。在實際的控制過程中，在加熱至e為150之前，占空比為1，全速加熱，當進入e≤150的區(qū)域后，才啟動模糊PID進行計算，通過不斷調整△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 仿真實驗
系統(tǒng)中分別采用常規(guī)PID控制、純模糊控制和模糊PID控制3種控制方法，利用MATLAB進行仿真實驗，從調節(jié)時間、超調量和穩(wěn)態(tài)誤差方面比較它們的控制性能。
通過前兩種控制方法的仿真實驗，對于常規(guī)PID控制，當給定溫度值為500時，調節(jié)時間約為1 200 s，超調量約為22．9％，穩(wěn)態(tài)誤差為零；對于純模糊控制，給定溫度值為500時，調節(jié)時間約為1 000 s，超調量為20℃，最終的穩(wěn)態(tài)誤差較大，約為10℃。
最后對模糊PID控制方法進行仿真實驗，對各輸入參數(shù)進行模糊化處理，取e的量化因子Ke=0．02，ec的量化因子Kec=0．1。對輸出量進行解模糊化，得到△Kp、△Ki和△Kd的比例因子均為0．1。選取經過優(yōu)化后的初始PID參數(shù)，使Kp=0．15、Ki=0．001、Kd=1．7。得到的模糊PID控制仿真曲線如圖5所示。本文引用地址：http://2s4d.com/article/171001.htm
由系統(tǒng)的仿真曲線圖可見，模糊PID控制的性能指標為：調節(jié)時間約等于3 500 s，超調量約為7．5％，穩(wěn)態(tài)誤差為零。
經過對常規(guī)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控制響應曲線超調量最大、調節(jié)時間較長、最終的穩(wěn)態(tài)誤差為零；純模糊控制響應曲線超調量最小、調節(jié)時間最短、但是最終的穩(wěn)態(tài)誤差卻很大；將兩種控制算法結合在一起的模糊PID控制策略可實現(xiàn)減小超調量、穩(wěn)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(guī)PID控制器改善很多。
5 結論
文中將模糊控制算法引入傳統(tǒng)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)構成模糊PID控制系統(tǒng)。通過將常規(guī)PID控制方法、純模糊控制方法和模糊PID控制方法進行仿真對比，發(fā)現(xiàn)模糊PID控制方法具有較好的動靜態(tài)響應特性和較強的魯棒性，還能夠消除系統(tǒng)余差，這對具有非線性、時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單，易于實現(xiàn)，適合于工業(yè)控制應用。
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