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ＰＩＤ控制与檩糊控制帕Ｉ：ｇ较
中国计量学院孙叶青
［摘要］本文以具有大惯性、大滞后特点的流水线加热炉为控制对象，利用半实物仿真控制系统对其温度分别进行ＰＩＤ控制和模糊控制。根据控制结果的比较，得出利用模糊控制方案对于控制具有大惯性、大滞后的复杂系统，比ＰＩＤ控制更有优势；在不需要知道被控对象数学模型的前提下，实现起来比ＰＩＤ控制更加简单；同时便于修改控制参数和设计控制器，缩短实验时间，节约成本，可
以在过程控制中推广利用。［关键词】流水线加热炉
复杂对象ＰＩＤ控制
模糊控制
１．引言
传统ＰＩＤ控制方式是建立在数学模型基础上的，根据被控对象的
利用所建立的半实物仿真控制系统，在上位机利用ＭＡＴＬＡＢ／
Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立仿真ＰＩＤ控制器，将流水线加热炉实物放置在控制回路
当中。
静态和动态特性，获得控制参数”１。ＰＩＤ控制原理简单，适应性好，在工业上应用十分广泛口。而模糊控制不依赖数学模型，是一种智能控制方式，
具有很强的鲁棒性和稳定性，适用于难以建立数学模型的复杂系统１３］。本文以流水线加热炉为控制对象，应用ＰＩＤ控制和模糊控制两种方式
设定温度与炉膛实际温度的误差经过ＰＩＤ控制器，输出控制量给
ＰＴＣ加热板控制端。根据前面求得的流水线加热炉各个炉区的数学模型，利用Ｚｉｅｇｌｅｒ－Ｎｉｃｈｏｌｓ整定方法确定ＰＩＤ控制的初始参数。
进行温度控制，均得到较好的控制结果，温差在±１℃以内，然而通过响
应过程中的超调量和响应速度来看，模糊控制的优势更加明显。
２．流水线加热炉结构
由于流水线加热炉是纯滞后系统，所以ＰＩＤ控制中微分不起作用，选用ＰＩ控制方式。进过计算，求得预热区初始控制参数为：Ｋｐ＝０．２３７，
Ｋ＝Ｏ．００３６；高温区初始控制参数为：Ｋ，－－ｏ．２６，Ｋ。＝Ｏ．００３４；降温区初始控制参数为：Ｋｐ＝０：２６５，Ｋ。＝Ｏ．００３９。利用ＰＩＤ控制初始参数对流水线加热
流水线加热炉是一个复杂的系统，它的整个炉体由三个区，即预热区、高温区和降温区组成，可以模拟工业炉膛预热、高温和冷却三个工作区的温度控制，提供与实际工业背景相似的操作条件。在每个炉膛侧
面都有一个进风口，进风口处有ＰＴＣ加热板，将送风风机送到炉膛内的风加热成为热风，达到加热炉膛温度的目的。
３．流水线加热炉温度半实物仿真控制系统
炉的各个区炉膛进行温度控制，得到控制的结果。
根据ＰＩＤ参数调节原则，ＫＤ值大偏差减小，Ｋｉ能消除控制中的静态
误差，但是Ｋ的值增大可能导致系统振荡，经过实验调整之后，利用
ＰＩＤ控制方式对流水线加热炉的三个区控制得到结果，稳定时温差都在±１℃以内。
６．模糊控制方案
半实物仿真技术是近年来随着计算机技术发展起来，是在仿真实验系统的仿真回路中接人所研究系统的部分实物的仿真【４】。半实物仿真技术既有计算机仿真成本低等特点，又能保证复杂对象模型的准确。
本文以流水线加热炉为控制对象建立起温度半实物仿真控制系统，整个系统包括以下三个方面：ＭＡＴＬＡＢ／ＳｉｍｕｌｉｎｋＯＰＣ服务器、ＷＡＧＯ
ＰＬＣ
ＰＬＣ
模糊控制是智能控制的一种，是操作者根据自己的经验，设计能
模仿人工智能的模糊控制器进行的控制，模糊控制不需要知道被控对象的数学模型就能得到很好的效果。模糊控制器是模糊控制的核心，
在ＭＡＴＬＡＢ中有模糊推理编辑系统，编辑好的模糊推理过程能在
Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的模糊控制器模块中直接调用。选择描述模糊变量的词集为７
７５０－８４２和流水线加热炉，ＭＡＴＬＡＢ／ＳｉｍｕｌｉｎｋＯＰＣ服务器和ＷＡＧＯ７５０—８４２通过使用ＴＣＰ／ＩＰ协议实现相互之间的通讯，ＷＡＧＯＰＬＣ
７５０—８４２和流水线加热炉通过Ｉ／Ｏ口实现前者对后者的控制，整个系统的三部分在结构上相互独立，在实际操作过程中相互影响和控制，其结
构框图如图１所示。
个ｆ负大，负中，负小，零，正小，正中，正大｝，隶属度函数的形状选择三角型，根据掌握的流水线加热炉的特性。在模糊推理系统中输入规则后保
存，就可以被Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模糊控制工具箱里的ＦｕｚｚｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗｉｔｈＲｕｌｅ—
ｖｉｅｗｅｒ模块调用了。设定温度与炉膛实际温度之间的误差通过模糊控制器，输出控制量给ＰＴＣ控制端，控制其加热功率。调整控制器比例因子
和量化因子，得到控制结果。同样，对每个炉区的模糊控制结果温差都在±１℃以内。
７。结论
从对流水线加热炉的各个炉膛的ＰＩＤ控制和模糊控制的结果曲线
图１流水线加热炉温度半实物仿真控制系统
４．流水线加热炉数学模型的建立
’被控对象的数学模型是反映被控过程输入量与输出量之间关系的
可以看出，ＰＩＤ控制方式的超调量比较大，Ｏ＇ＳＳ在１０℃左右，而模糊控
制方式Ｏ＇ＳＳ在５℃以内；然而，模糊控制的响应时间要比ＰＩＤ控制的响
数学表达式，研究分析被控对象的特性，就要建立描述被控对象特性的
数学模型髑。加热炉的炉温变化过程具有一般温度过程的基本特征，即为一阶惯性加纯滞后环节，其特征参数有三个：静态放大系数Ｋ，惯性常数Ｔ和滞后时间Ｔ。
应时间短的多。综上，利用模糊控制方案对于控制具有大惯性、大滞后
的复杂系统，比ＰＩＤ控制更有优势；并且模糊控制不需要知道被控对象的数学模型，实现起来比ＰＩＤ控制简单。本文中所利用的半实物仿真控
将流水线加热炉三个炉膛分别看成三个独立的系统，给定每个炉
膛进风口处的ＰＴＣ加热板一定加热功率，得到相应流水线加热炉炉膛
制方法，便于修改控制参数和设计控制器，缩短实验时间，节约成本，可
以在过程控制中推广利用。
参考文献ｌ
１
温度阶跃曲线，利用切线作图法可以确定一阶惯性加纯滞后环节的特征参数。对于一条形状为ｓ型特性曲线，设阶跃输入幅值为△ｕ，阶跃响应的初始值为ｙ（Ｏ），系统达到稳态时的响应为ｙ（＊），则
Ｋ：吐苎２二Ｙｆ盟
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通过作图得到流水线加热炉预热区炉膛数学模型为：Ｇ（ｓ）＝！堡
。一
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一１０４一
万方数据
PID控制与模糊控制的比较
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
孙叶青
中国计量学院
科技信息
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION2010，(14)0次
参考文献(6条)
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