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5.1 MATLAB软件的简介 53
5.2 模糊PID控制器MATLAB的设计 53
5.2.1 仿真对象数学模型 53
5.2.2 控制系统的SIMULINK实现 53
5.2.3 控制系统模糊控制器的设计 55
5.2.4 MATLAB软件的仿真 57
5.2.5 与常规PID控制的对比与总结 59
6 总结与展望 61
致谢 62
参考文献 63
附录 64
1 绪论
1.1 课题的背景和意义
在工业生产过程中，为了高效地进行生产，时常对主要参数如温度、压力、流量等进行有效的控制。而锅炉温度控制则在工业生产过程中占有相当大的比例。随着世界工业水平的不断提高与进步，对炉温恒温控制技术的要求也越来越高。锅炉温度恒温控制技术是工业生产领域中常用的技术，对其的研究吸引了国内外相关学者高度的关注。近年来，在传统的锅炉控制算法中，以传统PID、小波等的温度控制算法是最为广大学者们所重视的研究对象，它们在锅炉温度控制方面表现的也比较出色。但也存在着许多问题。例如当炉内温度变化迅速时，传统算法很难快速准确地针对炉温的变化建立数学模型，为了适应这种温度的快速变化从而达到控制要求，这些算法需要不断地调节工作点的参数，但是，参数的多次调整增加了算法的计算量，影响了控制精度，造成控制效果下降。因此，利用传统的PID控制策略对其进行控制，难以取得理想的控制效果。
近年来，随着现代控制技术发展越来越迅速，针对常规PID控制在炉温控制上的缺点，许多现代控制技术与PID控制相组成构成智能控制器。其中，模糊控制技术，已经成为智能控制技术的一个重要分支，它是一种高级算法策略和新颖的技术。模糊控制如今已广泛地应用于工业自动化、仪器仪表自动化、计算机及电子技术应用等领域。著名科学家钱学森指出，模糊数学理论及其应用，关系到我国二十一世纪的国力和命运[12]。
可编程控制器PLC的快速发展发生在上世纪80年代至90年代中期。我国从1974年开始研制，1977年开始工业推广应用。进入20世纪70年代，随着电子技术的发展，尤其是PLC采用通讯微处理器之后，这种控制器功能得到更进一步增强。随着PLC逐渐进入过程控制领域，其通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点被越来越多的专家学者所认可，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统[1]。将模糊控制与PLC控制技术相结合，利用 PLC 实现模糊PID控制，将会有越来越广泛的应用。它既保留了 PLC 控制系统控制可靠、灵活、适应能力强等特点，又提高了控制系统的智能化程度，是现代自动控制系统的发展趋势之一。
本课题研究的主要目的是为了改善常规PID控制器控制性能不佳的状况所进行的改进策略。将模糊控制技术加入常规PID控制前，设计模糊PID控制器，并利用S7-300 PLC对控制器进行梯形图编程并进行调试。最后，利用MATLAB软件对控制系统进行仿真。
1.2 温度控制系统的发展概况
自70年代以来，工业控制发展迅速，尤其是微电子技术和计算机技术的发展快速以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国内外温度控制系统的发展迅速，并在智能化，自适应、参数整定等方面取得成果，在这方面，以日本、美国、德国、等技术领先，都生产出了具有商品化的、性能出色的锅炉温度控制器及仪器仪表，而且他们在每个行业都有较广泛的应用。它们有非常多的优点，例如他们能应用于控制过程复杂的系统以及控制参数经常改变的系统。温度控制系统既有控制精度高、抗干扰能力强、鲁棒性好等等特点[2]。