基于MATLAB的温度模糊控制系统的设计.pdf

智能控制》课程论文

基于MATLAB的温度模糊控制系统的设计

成绩：任课教师：田志波班级：测控09-2作者：胡

兵上交时间：2012.11.05
一、温度模糊控制

在工业生产过程中，温度控制是重要环节，控制精度直接影响系统的运行和产品质量。在传统
的温度控制方法中，一般采取双向可控硅装置，并结合简单控制算法(如PID算法)，使温度控制实
现自动调节。但由于温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后等特点，很
难用数学方法建立精确的模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。鉴于
此，本文拟以模糊控制为基础的温度智能控制系统，采用人工智能中的模糊控制技术，用
模糊控制器代替传统的PID控制器，以闭环控制方式实现对温度的自动控制。
二、方案设计

利用MATLA的模糊控制箱及Simulink内含的功能元件，建立温度箱温度模糊控制器及其系统
的模型。
1.建立模糊控制器
采用温度偏差，即实际测量温度与给定温度之差e及偏差变化率ed作为模糊控制器的输
入变量，输出p为“PW波(脉冲宽度调制)”控制发热电阻的功率，来调节温度箱内温度的升降，形
成典型的双输入单输出二维模糊控制器。
运用MATLA中的FIS编辑器，建立温度箱的Mamdan型模糊控制器，如图1所示。温度偏差
e、温度偏差变化率ed和输出变量IZ的语言变量E,Ed,P都选择为｛NB,NMNSZ,PS,PM
PB｝，其中P和N分别表示正与负，B,Ms分别表示大、中、小，z表示0。

图1模糊控制器模型
2.建立控制决策及隶属函数
模糊控制决策及解模糊方法采用系统默认值，即极大极小合成运算与重心法解模糊。由
模糊控制决策公式可求得输出变量的模糊集合为P=(EXEd)XR
本文都采用三角隶属函数，各变量的隶属函数如图2所示。其中，图2(a)为E和Ed,隶属
函数图，E和Ed的量化论域为［-6,6］;图2(b)为P隶属函数图，EQ的量化论域为［-6,6］。不
同的系统，其模糊集的隶属函数是不同的，要根据实际情况和实践经验而定。
和隶属函数
(a)EEd

outputvariable

(b)P隶属函数图图2隶属函数图
3.建立模糊控制规则
模糊控制规则如表1所示。建立该系统模糊控制规则的基本原则为：当温度偏差较大时，
选择控制量以尽快消除误差为主；当温度偏差较小时，选择控制量要注意防止超调，以系统
的稳定性为主要出发点。

ENBNMNSZPSPMPB
D
NBNBNBNBNBNMNSZ
NMNBNBNMNMNSZPS
NSNBNMNMNSZPSPM
ZNBNMNSZPSPMPB
PSNMNSZPSPMPMPB

PMNSZPSPMPMPBPB
PBZPSPMPBPBPBPB
表1模糊控制规则表

将模糊控制规则表中的规则逐一输入模糊控制规则界面。如图3所示:

图3

模糊规则三维关系曲面图如图4所示。从图3可以清晰地观测到模糊系统基于输入集的输

出集的变化范围。

图4控制规则三维关系图

按view-Rules,可得到部分规则视图。如图5所示
RuleVi-Hver:C8FZPD
FileEditViflwOption%

ft«0ed»o
pM・4.66e-
O1?
z________
皿234
占---------

Er-
$
勺*J
1011121314151617181920

IL7
乂》—

1

21
22
虻
一
24
25
囲i--------上2^-——
27-------吩-------
胡

29

Pio伽W阿I卜理；[Ian][F也n][dnwi][up]
叭[DOJ

OpenedsystemC6FZPD,49rtilts
|HEIP1Giose|
图5部分规则视图
三、进行matlab的仿真

为了验证所设计的温度模糊控制器的性能，并在仿真过程中及时调整模糊控制器的
控制规则和各项参数,笔者利用Matlab软件进行仿真研究.本次设计利用FuzzyLogicToolbox和S
imulink图形化工具平台，对温度控制系统进行优化模糊控制设计与仿真的。
在进行温度控制系统的仿真之前，必须建立被控对象的数学模型•通常采用阶跃响应法来获
得对象的特性•温度箱温度控制系统的传递函数数学模型，近似等效为带纯滞后的一阶对象。

G(S)=Ku(e-ts)/85s+1

在进行模糊控制仿真时，首先利用Matlab的模糊逻辑工具箱建立温度箱模糊控制器
然后在Simulink环境下把模糊控制器加载进相应模块，进行仿真.量化因子Kp=2,Kd=1，
Ku=21，模糊控制器的封装以及阶跃响应曲线分别如图6,图7所示.