文 献 综 述

一、课题研究背景及意义

如今的工业生产以及科学实验中，温度为一个十分普遍又重要的物理参数，它在生产中有很重要的地位。处理温度方面的问题包涵测量温度和控制温度。其中测量温度是控制温度的基础，其技术已经日趋成熟。随着工业技术和科学技术的发展，我们面临着愈加复杂的控制对象，如何更好地控制温度扔然需要进行大量的研究。如何更好地增强控制能力，并且达到多样控制系统的控制标准，仍是急需解决的一个问题，它是进行高效科学研究的重要条件。PID控制器有结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便等优点，是工业控制的主要技术之一。但若控制对象有明显的时变性和非线性，一系列已经确定的PID参数还是不能满足其要求。当前科学的发展日新月异，对控制系统的控制精度，响应速度，稳定性，适应能力有了更高的要求。传统PID控制的基础是控制对象有具体的线性过程，对于不具备上述特征的控制对象，传统PID控制不能进行有效的控制，于是模糊PID控制应运而生。模糊PID控制器，是运用一定的模糊规则通过模糊逻辑算法并对PID控制的比例、积分、微分系统进行实时优化，从而达到理想的控制效果。模糊PID控制包括参数模糊化、模糊规则推理、参数解模糊、PID控制器等。计算机根据所设定的输入和反馈信号，计算实际位置和理论位置的偏差e以及当前的偏差变化ec，并根据模糊规则进行模糊推理，最后对模糊参数进行解模糊，输出PID控制器的比例、积分、微分系数。传统的PID控制器并不能满足温度控制系统的稳定性，需要通过模糊PID进行控制。通过建立关于温度控制系统的数学模型，设定输入输出量，确定模糊控制规则，进行模糊推理。运用Matlab 仿真，对模糊PID 控制器与常规PID 的控制结果的比较，可以得知模糊PID控制对控制系统的自适应能力以及鲁棒性有很大的提升，系统的动态与静态性能得以改善，对于非线性、大滞后的系统均有很好的控制。模糊PID 控制器的控制回路与传统PID相同，它的调整部分是模糊推理并通过将操作人员长期获得的实践经验用控制规则模型化，使PID参数进行实时优化，从而结合了PID和模糊控制的优点。大量的实验结果表明模糊PID控制器有很好的动态性能和稳态性能，适合用于有非线性、滞后的系统的控制。因此在温度控制系统中模糊PID控制器有很大的应用价值，其算法的仿真研究亦有很大需要。

二、国内外现状

模糊PID控制的实现是将温度控制的对象的偏差和偏差变化率以及输出量划分为不同的模糊值，建立规则。由查询表得到模糊算法。对温度控制过程中的误差进行采样，并对其精确值进行模糊化，然后进行数学处理输入计算机，计算机根据确立的模糊规则推理做出模糊决策，得出相应的控制量结果，并转化成精确量从而进行控制温度，保持其稳定。随着中国科技经济的快速发展，现代科学技术的发展日新月异，工业生产规模的大型化和自动化程度的提高，温度越来越成为一个重要的物理参数，其影响范围越来越广泛，温度的不稳定带来的后果在某些方面也更加严重，所以对温度的控制的要求也应更加严格。尤其是电子计算机技术的广泛普及，促进了许多跨学科的先进设计方法的出现，推动了现代工业生产和科学技术的发展，模糊PID控制在更多的领域的温度控制起到了至关重要的作用。经济全球化的今天，国际市场的竞争愈加激烈，技术的发展就显得愈加重要，温度控制已成为自动化生产中的重要环节，对其稳定性和精确性提出了更高的要求。国内外已经将模糊PID控制应用在多中生产技术的温度控制中。现根据国内外的温度控制系统模糊PID应用的新理论、新方向和新动向，结合实例，简要论述温度控制系统模糊PID算法的仿真研究。

方煜斌、邱泽阳[2]设计了一种基于模糊自整定PID控制方法的温室控制系统，可根据温度偏差和温度偏差变化率实时整定PID控制器的参数进行温室大棚中的温度控制。以STC89C52单片机为核心，通过温度传感器DS18B20实时采集温室温度，上传到单片机，与之前已设定好的温度进行运算，然后输出控制信号，经D/A转换输送到温度控制器件，从而控制电加热炉的加热功率，对温室的温度进行调节。通过系统硬件的设计，算法仿真及分析和仿真结果及分析，创新的设计出针对复杂的温室温度控制系统，较常规PID控制器系统具有更好的额控制性能，具有现实可行性。

Ridong Zhang[6]等将模糊PID控制应用于一个工业表面活性剂的反应器的温度控制，结构简单，控制性能好于MPC，实验结果表明其性能得到了改进。

刘璇[3]针对仙居英达制针有限公司热处理炉温度控制系统，完成了基于研华亚当4000系列模块的网带式淬火炉温度控制系统的设计。将模糊自整定PID控制应用于植绒针淬火工艺要求。通过对控制策略的比较与选择，硬件结构的设计与实现，系统软件的设计以及在实验室的实验设计了控制算法，其效果是好的。但由于时间关系只是对PID控制算法在系统中的应用做了实验，而模糊PID算法未能进行实验，所以模糊PID控制算法效果还有待进一步研究。

Dao Thanh Liem[17]等人通过使用一种新型建模方法基于自适应控制技术，即模糊PID控制形成了一种估算直流电机的负载转矩轴的新方法。解决了传统方法是设计更复杂、费时、昂贵和很多情况下不可能实现的缺陷。