论文总字数：19575字

摘 要

我国经济正朝着工业化时代发展，各种工业生产体系开始走向科技平台，利用多种控制模式建立操控平台可提高生产。对于工业自动化控制来说，设备运行阶段需要控制温度、压力、流量、液位等标准，这些都必须维持在某一个数值范围，且维持某个规律标准编号，最终形成相对完整的生产工艺体系。根据工业控制使用需求，PID控制器成为工业自动化中不可缺少的控制元件，用其对设工业设备各项参数实施综合化控制，为PID控制器与工业设备连接创造了有利平台。伴随着社会科学技术的改革发展，PID控制器在机械、电气等设备自动化控制中的运用更加广泛，企业必须要积极引用PID控制器作为调控元件，以促进直流电能向机械能的高效转换。本课题设计一种动态切换模糊PID控制器，基于工业控制中PID控制思想，分析了比例、积分、微分的作用，验证PID控制器的效果。同时根据PID控制的不足，提出可能的改进方法，熟悉模糊控制思想，搭建具有模糊控制思想的控制器，再分析模糊控制器的不足，尝试将两种控制器结合起来，取长补短，完成新型动态切换模糊控制器的设计，在Matlab环境中验证所涉及控制器的性能。

关键词：PID控制器；模糊控制器；自动控制

The Design of a Dynamic Switching Fuzzy PID Controller

Abstract

The economy is developing in the industrialization era, and various industrial production systems are moving towards the technology platform, and it can be improved by using many control modes to improve the production.. For industrial automation and control, equipment operation stage need to control temperature, pressure, flow, level, etc., these must be maintained in a certain range of values, and maintain a regular standard number, and ultimately the formation of a relatively complete system of production process. According to the use of industrial control demand, the PID controller become indispensable in the industrial automation control components, with the the design parameters of the industrial equipment implementation of integrated control, PID controller and industrial equipment connection created a favorable platform. Along with the reform and development of social science and technology, more extensive use of PID controller in the automatic control of mechanical and electrical equipment, the enterprise must to positive referenced PID controller as the control element, to promote DC electric energy to mechanical energy conversion efficiency. In this paper, a dynamic switching fuzzy PID controller is designed, based on PID control in the industrial control, the function of proportional, integral and differential is analyzed, and the effect of PID controller is verified.. Also according to PID control, proposed a possible improvement, is familiar with the fuzzy control theory, and build a fuzzy controller to control, then analysis the insufficiency of fuzzy controller, trying to combine the two controllers, learn from each other, completed a new dynamic switching fuzzy controller design, in the MATLAB environment validation involved controller performance.

Keywords: PID Controller; Fuzzy Controller; Automatic Control

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 选题背景及意义 1

1.2 控制器发展现状 1

1.2.1 自适应控制器

1.2.2 PID控制器

1.2.3 模糊控制器

1.2.4 模糊PID控制器

第二章 常规PID控制器 3

2.1PID 控制器介绍 3

2.2 PID控制系统 3

2.2.1 PID控制器的基本结构和基本原理

2.2.2 PID控制器参数对控制性能的影响

第三章 模糊控制系统设计 7

3.1 模糊控制系统的组成 7

3.2 模糊控制的特点 7

第四章 应用Matlab实现PID控制功能 9

4.1 PID算式的确定 9

4.1.1 PID算式的确定

4.1.2数字PID控制算式

4.1.3数字PID控制算式的改进

4.2 程序设计 15

4.2.1程序框图

4.2.2程序说明

4.3 程序的仿真试验 17

4.3.1 仿真演示实例一

4.3.2 仿真演示实例二

4.3.3 仿真演示实例三

4.3.4 仿真结果分析

第五章 结论 27

致 谢 28

参考文献 29

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

计算机网络是远程视频传输的主控平台，微型计算机是工业控制的常用装置，具有高性能的网络化调控能力。PID控制器技术是工业控制系统集成化的初始版本，这种控制系统可以把分散的控制区域集中起来，形成更加标准化的工业控制空间。未来，数字工业控制系统将融合诸多智能技术要点，建立更加完整的工业区调控中心，解决了人工操控难度大、易故障等问题。从理论上来说，模糊控制控制以模糊集合论、模糊语言变量、模糊逻辑推理等作为基础平台，向数字控制平台提供更为优质的技术方案，满足了不同工业设备的自动化控制要求。从实际应用来说，模糊控制系统按照人工智能体系，结合人的思维、动作、语言等元素，将自然语言转变为人工语言，以计算机控制平台为中心建立模糊控制系统，加快了模糊控制系统的改造建设，成为工业控制领域的新方向。例如，企业内部设定监控管理中心平台，各部分功能分别由专门的服务器各司其职，每一项视频装置均发挥出应有的功能状态，维持工业信号的自动化处理。当前，大规模工业生产模式日趋形成，传统工业监控方式与现有生产体系存在很大差异，建立数字化监控中心可满足大范围监控作业要求。以数字化技术为基础的监控平台，既可以针对某个部门执行监控操作，也能按照计算机分布形式设定多项监控体系，系统中可以有一个或多个监控中心。鉴于工业自动化生产平台建成，工业控制系统服务对象更加明细化，某个部门、某个操作人员等，均是视频监控应用的主体对象。个人计算机技术是客户端口比较常见的方式，设定PC客户端口强化了数据处理的针对性，不断优化了主控计算机的操控性能，为现代工业监控创造了更加优质的运行环境。面对不断增多的监控网络端口，工业计算机也具备了多元化的操控状态，符合了工业生产区调度中心的控制要求，让远程视频监控成为了可行操作。

1.2 控制器发展现状

1.2.1 自适应控制器

对原始工业控制系统执行数字化改造，最基本的是对系统信息形态进行转变，主要针对视频、音频、控制等进一步优化。视频信号从模拟状态转为数字状态，为数据传输与处理流程建立了更加全面的控制流程，这些都奠定了原始数据运行与调度的应用平台，进一步优化了原始信号的结构形式，为操作者提供更加便捷的信息获取平台。其中，自然语言与数字语言之间的转变调整，是新型工业控制系统系统的功能要点。自适应控制器是早期工业中的控制元件，基本满足了工业生产自动化操控要求，确保控制系统符合实际生产作业要求，如图1.1。

图1.1自适应原理框图

1.2.2 PID控制器

与早期控制系统相比，工业控制系统在视觉上更加直观地呈现出作业区实况，为调度管理人员提供了真实的场景图像。从原理上来说，工业控制系统系统集合了CCS、DCS、FCS等三大技术优势，以数字化方向为调控转向平台。PID控制器是基于工业计算机平台的新监控模式，利用新型控制器完成数据信号传输与调度，加快了新型控制方案的最优化形成。现阶段，PID控制器主要运作方式：首先，设定多层分级控制结构，利用微控制器加快控制系统升级改造，形成分布式调度控制网络；其次，建立更加工业化的控制平台，借助软硬件模式形成稳定的操控方案，促进控制系统结构升级与规划。

1.2.3 模糊控制器

由于工业生产所面对操作内容的复杂化，工业控制系统内外结构形式更加多样性，维持现场作业与控制系统之间的协调性，这是实现数字化控制的关键点。模糊控制器用于工业控制系统操作平台，取代了单一监控方式潜在的功能缺失，对生产区、工作区等实时采取监控方案，设置完全符合现场操控要求的工业控制系统。例如，采用微型计算机参与分层控制作业，对现场执行针对性的视频观测，及时掌握与现场情况一致的动态信号。

1.2.4 模糊PID控制器

模糊PID控制器融合了模糊控制、常规PID控制理论，建立与工业智能系统想配套贷款欧诺个只平台，满足了新型工业生产体系作业要求，推动了现代工业生产流程的自动化发展。模糊PID 控制器不仅具备PID控制模式，同时不断采用FI —PI、FI—PD、FI—PID等控制方式，为谋划控制器层次化发展创造有利条件，建立了与模糊PID 控制系统相对应的服务平台，PID 控制器在工业环境下得到全面发挥。工业生产涉及到多方面内容，工业控制系统要对不同行业调度情况提供管理中心，完善数字化监控平台的应用功能。工业控制系统管理中心以前端装置提供信号为准，完成各种相应的自动化控制模式，建立更为广泛的数据控制平台，这些都奠定了模糊控制系统的应用价值。

第二章 常规PID控制器

2.1PID 控制器介绍

近年来，工业国民生产总值持续上升，工业经济收益增加对控制系统性能要求越来越高，建立更加先进的工业控制系统，可以解决传统监控调度模式的不足。设计工业工业控制系统是为了更好地控制生产流程，充分发挥PID技术对现场作业的可调度价值。PID控制器是工业控制系统不可缺少的一部分，利用监控平台实现工业数据的多样式处理，结合数据、图像、语音等多种信号实现传输控制，稳定了工业控制平台的持续运转。PID技术是现代视频监控核心技术之一，以工业计算机为监控处理中心，联合工业系统仪器及其它辅助装置，可创建高效率的工业生产调度系统。计算机PID控制器不仅具备基本的控制功能，也能根据不同数据的格式、内容、存量等进行转换处理，实现两种计算机语言的相互融通，提高了数据二次转换处理效率。考虑到计算机用户越来越多，二次转换技术用于PID控制器是很有必要的，这从根本上改变了用户服务机制，以用户操作为中心平台建立稳固的运算流程，及时处理了计算机二次接口潜在的风险隐患。例如，部分数据转换会遇到数据丢失、文件损失等问题，但二次转换技术安全系数更高，以最快速度转换不同类型数据，确保原始数据的完整性。

2.2 PID控制系统

2.2.1 PID控制器的基本结构和基本原理

传统数据库缺乏足够的安全保护，数据库资源使用存在不同的风险隐患，设定新型安全数据库模式是技术开发与研究重点。数据库是计算机应用技术典范，为广大用户提供了优越的数据处理平台，实现了网络数据资源一体化控制。PID作为一种广泛性的脚本语言，能够为数据库安全提供新型控制程序，避免数据丢失、窃取、盗用等问题。因此，基于PID设定数据库安全平台是计算机研发的新趋势，也是保障数据库安全的有效方式。PID控制器是对工业信息综合化控制的信息平台，借助各种控制元件形成稳定的数字化模式，使PID控制得到更加多元化控制性能。现阶段，PID控制系统工作形式多种多样，主要原理如图2.1。

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