基于模糊自整定PID算法的电锅炉温度控制

摘要

温度控制是过程控制领域重要的一个控制参数，在工业自动化控制中占有非常重要的地位，被广泛应用于电力、石油、化工、造纸、酿造和食品等工业自动化领域。
　　锅炉是典型的温度控制对象，由于加热介质的不同，可以分为两类：一类是燃烧加热方式，另一类是电加热方式。后者由于使用安全、环保节能、使用方便、热效率高等特点，是目前比较理想的供暖设备。电锅炉控制是温度控制的一个典型，其动态特性常具有大惯性、大滞后和非线性等特点，难以建立精确的数学模型，采用传统的PID控制方式，控制精度较低，控制效果不理想。因此，以电锅炉温度控制为研究对象，设计一种有效的控制方法，使系统具有稳定性好、超调量小且调节时间短的性能指标具有实际意义。
　　本文将传统的PID方法和模糊控制方法相结合，设计出一种模糊自整定PID控制算法，它不仅具有PID控制精度高的特点，还具有模糊控制灵活性和适应性强的特点。具体研究内容包括：
　　（1）阐述了课题的背景及研究意义，分析了国内外锅炉控制系统的发展现状，还介绍了几种温度控制的常用方法。
　　（2）对模糊PID控制算法的研究。首先，介绍了PID控制和模糊控制的原理及其优缺点。然后，本文将PID控制方法与模糊控制方法相结合，引入了模糊PID控制方法。
　　（3）对控制方法的仿真研究。在MATLAB中，用PID方法、模糊方法及模糊PID方法对系统进行设计，并对三种控制法进行对比，仿真结果表明模糊PID的方法使系统的控制效果更好。
　　（4）对控制系统的整体设计。首先，设计了系统的总体方案，其中包括系统的被控对象、控制方式和系统的组成。然后，设计了PLC的硬件配置及接线。最后，对PLC进行硬件设计和软件设计。
　　（5）对系统进行了调试。用WinCC软件来观测系统的响应曲线，结果表明采用模糊PID控制方法可以对实际锅炉进行控制，并且控制效果比较理想。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外锅炉控制的发展现状

1.3 温度控制中的常用方法

第2章 模糊PID控制算法研究

2.1 PID控制理论

2.2 模糊控制理论

2.3 模糊PID控制器

第3章 基于模糊PID的锅炉温度仿真控制算法研究

3.1 常规PID控制的仿真

3.2 模糊控制的仿真

3.3 模糊自整定PID控制的仿真

3.4 控制系统方案选择

第4章 控制系统的设计

4.1 系统设计的总体方案

4.2 西门子PLC S7-300的组成及其结构

4.3 PLC的硬件配置及接线

4.4 PLC设计流程

4.5 PLC硬件设计

4.6 PLC软件设计

第5章 系统调试

5.1 调试的内容与步骤

5.2 调试结果

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢