智能控制理論及應(yīng)用大作業(yè)

干餾爐溫度模糊控制研究

專業(yè)：控制理論與控制工程

姓名：啦啦

學(xué)號：0000000摘要干餾過程的控制對象模型串級PID控制模糊PID控制系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析摘要

油頁巖干餾工業(yè)越來越受到人們的重視。其干餾控制效果的優(yōu)劣直接影響頁巖油的產(chǎn)量，而溫度控制又是頁巖干餾爐控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此頁巖煉油過程中的溫度控制具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

由于干餾爐溫度控制系統(tǒng)具有慣性、滯后和難以獲得精確數(shù)學(xué)模型等特點(diǎn)，本文在串級PID控制的基礎(chǔ)上引入模糊控制，作為智能控制算法應(yīng)用于干餾爐溫度控制系統(tǒng)，構(gòu)成模糊PID控制器來整定溫度控制系統(tǒng)主控回路的PID參數(shù)，這樣既保持了PID控制器的結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又能在線調(diào)整PID控制器的參數(shù)，以適應(yīng)頁巖干餾過程模型參數(shù)的變化。

最后通過Matlab仿真，分析了模糊PID控制器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和抗干擾能力，并與傳統(tǒng)串級PID控制進(jìn)行比較。結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的模糊PID控制器超調(diào)量較小，調(diào)節(jié)時(shí)間短，抗干擾能力較好，能達(dá)到較好的控制效果。

干餾爐的工藝流程圖

干餾過程的控制對象模型

串級PID控制

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程向著大型、連續(xù)和強(qiáng)化方向發(fā)展，對控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)提出了日益增長的要求。串級控制是一種易于實(shí)現(xiàn)且效果又較好的控制方法，在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用也比較普遍。串級控制系統(tǒng)框圖：干餾爐溫度串級PID控制缺陷：

在實(shí)際應(yīng)用中，很多工業(yè)過程都具有高階、非線性、大遲延及時(shí)變等特性，給以精確數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)的現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用帶來了困難。PID控制器的參數(shù)整定必須相對于某一模型己知、系統(tǒng)參數(shù)已知的系統(tǒng)，但事實(shí)上大多數(shù)的生產(chǎn)過程都具有非線性和時(shí)變性，其特性隨時(shí)間的變化而變化，而且干擾因素較多，當(dāng)模型參數(shù)或者工況發(fā)生變化，運(yùn)行人員要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來改變參數(shù)，工程上通常用試湊法進(jìn)行整定，需要反復(fù)試驗(yàn)，反復(fù)試湊工作量比較大，消耗大量的時(shí)間和精力，雖然這樣在一定程度上也能滿足運(yùn)行要求，但是不可避免地存在盲目性。所以有必要研究智能控制技術(shù)手段與PID控制相結(jié)合來控制較復(fù)雜的工業(yè)過程。模糊PID控制

為了實(shí)現(xiàn)ATP干餾爐干餾區(qū)溫度的無差控制，將模糊控制器與PID控制器結(jié)合在一起。以溫度的偏差e和偏差變化率ec作為輸入，根據(jù)偏差的特征，找出PID參數(shù)與溫度偏差e、偏差變化率ec之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行中不斷檢測e與ec，根據(jù)模糊規(guī)則對三個(gè)參數(shù)進(jìn)行修改，來滿足不同e與ec對控制參數(shù)的不同要求，使干餾過程具有良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能，進(jìn)而獲得更加滿意的控制效果。溫度控制回路模糊PID控制器的設(shè)計(jì)

ATP爐溫度控制系統(tǒng)采用的模糊PID結(jié)構(gòu)如圖：

模糊控制器的設(shè)計(jì)包括：控制系統(tǒng)的模糊概念的確定，包括論域、模糊集合；輸入精確量的模糊化過程，確定隸屬度函數(shù)；確定模糊控制規(guī)則；模糊推理；完成模糊量到精確量的轉(zhuǎn)化。

模糊PID算法流程圖溫度控制模糊PID控制器的輸入輸出參數(shù)設(shè)計(jì)

NBNMNSZOPSPMPBNBPBPBPMPMPSZOZONMPBPBPMPSPSZONSNSPMPMPMPSZONSNSZOPMPMPSZONSNMNMPSPSPSZONSNSNMNMPMPSZONSNMNMNMNBPBZOZONMNMNMNBNB

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系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析

1.串級PID控制仿真框圖串級PID參數(shù)的比較

串級PID的響應(yīng)曲線：組1100.3100.150.1229.20.2100.150.12370.17100.150.12

模糊控制器設(shè)計(jì)模糊規(guī)則顯示

模糊PID的響應(yīng)曲線：兩種控制方法性能指標(biāo)比較：引入干擾的溫度響應(yīng)曲線：控制方法串級PID控制1984008.9模糊PID控制1903501.9

從圖中可以看出，加入一個(gè)擾動(dòng)信號后，模糊PID控制器的調(diào)節(jié)時(shí)間短，恢復(fù)設(shè)定值的時(shí)間較快，抗干擾性能較好。從以上仿真圖可以看出，針對溫度這樣一個(gè)時(shí)變的非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，模糊PID控制器的超調(diào)小，調(diào)節(jié)時(shí)間短，控制效果較好。模糊PID控制方法是在模糊控制和PID控制的基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)仿真，取得了較好的效果，其自適