1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

随着科学技术的迅速发展和生产力水平的不断提高，手工劳动的依赖程度越来越低，人们对降低劳动强度、提高设备自动化程度日益重视起来。文献1中提到,我国包装设备制造工业经过近20年的努力，在数量、质量、水平方面均有较大的进展,为我国建立一个门类齐全、技术先进、水平相当、独立完善的包装设备生产系统奠定了坚实的基础。

国内包装机械行业发展迅速，自动化水平越来越高，从单一的分立机器包装到整条生产线相互协作共同完成整个包装流程。文献2和文献3中提到包装技术是集传感器技术、微电子技术、计算机控制及测试技术、机械制造自动化技术、物料输送和管理技术等为一体的综合技术,包装机械行业是国内十大机械行业之一。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1．研究的问题
本课题来源于某包装机械公司的全自动定量包装机项目，为横向课题。本机由定量包装机、上袋机、热合机三个功能单元组成，能完成送袋、定量称重、夹袋充填、热合封口等动作流程。其中热合机热合装置的温度控制是提高热合封口质量的关键要素。
工业过程中最常运用的就是运用传统PID控制，但在实际的工业生产过程中，被控对象往往具有非线性、时变性、不确定性，应用常规PID控制器不能达到理想的控制效果。本课题设计要求设计模糊 PID控制器，在线调整 PID参数，使系统获得最佳的控制性能。本课题要解决的问题是如何设计模糊 PID控制器来获得最佳的控制性能。
首先设计常规PID温度控制器，应用在热合装置上调试，测试温度控制的效果。传统的PID控制存在许多不足，最突出的就是传统的PID无自适应能力。采用传统的 PID 控制器控制系统时，其 PID参数经过整定后即以同样的姿态处理系统的变化，往往导致系统响应速度慢，超调严重，过渡时间长等。当系统受到外界扰动时，系统恢复过程缓慢，甚至无法复原。针对以上问题，温度控制器又采用模糊PID算法，它利用模糊控制根据偏差和偏差变化率分档的思想，在线调整 PID参数，以适应不同阶段的温度变化，使系统获得最佳的控制性能。从而实现精确的温度控制。
2.拟采取的研究途径、技术路线、实施方案及可行性分析
2.1研究途径
本课题将PID算法和模糊PID控制算法应用于系统中。采取理论研究和实际验证相结合的方式开展研究。在研究与设计过程中，涉及到模糊PID控制算法的内容。这些算法的编写是通过MATLAB工具来实现的，为了对算法的处理效果有个直观的检测与验证，都首先要在MATLAB中仿真出结果并且分析结果。
在通过MATLAB仿真后验证本课题的整体算法的可行后，利用西门子200系列PLC编写模糊PID控制子程序，通过利用实习所在公司的各种条件，将PID控制和模糊PID控制应用于热合装置温度控制系统中进行实验与分析。

2.2技术路线与实施方案
（1）根据全自动定量包装系统的工作流程，分析了热合装置的机械结构与工艺流程。
（2）对热合机热合装置的主控制器进行研究，对控制器的硬件系统设计。硬件系统设计包括以下主要内容：整体闭环控制系统方案的设计；主要电气元件的选择，其中包括PLC控制器、触摸屏人机界面、固态继电器、热电偶等；根据被控对象的控制要求，确定整个系统的输入、输出设备的数量，从而确定PLC的I/O点数，包括开关量的I/O点数，模拟量的通道数等。
（3）对热合装置加热部分进行建模。首先设计常规PID温度控制器，应用在热合装置上调试，测试温度控制的效果。传统的PID控制存在许多不足，最突出的就是传统的PID无自适应能力。采用传统的PID控制器控制系统时，其PID参数经过整定后即以同样的姿态处理系统的变化，往往导致系统响应速度慢，超调严重，过渡时间长等。当系统受到外界扰动时，系统恢复过程缓慢，甚至无法复原。针对以上问题，温度控制器又采用模糊PID算法，它利用模糊控制根据偏差和偏差变化率分档的思想，在线调整PID参数，以适应不同阶段的温度变化，使系统获得最佳的控制性能。从而实现精确的温度控制。
（4）设计模糊PID控制器并进行仿真控制及分析。设计常规PID控制器和模糊PID参数自整定控制器，并通过MATLAB的模糊控制工具箱设计模糊控制器，利用Simulink对定量称重系统分别在传统PID、模糊PID控制下进行仿真，对得出仿真曲线进行分析比较。
（5）控制器的软件设计。软件系统设计主要包括：根据实际情况和已有的人工控制经验，建立模糊控制规则表和模糊控制表，编写模糊控制子程序，完成传统PID和模糊PID控制器设计；根据控制要求绘制程序流程图，编写PLC程序；将PLC程序进行调试；使用触摸屏人机界面编程软件开发出上位机监控程序和试验界面等。
（6）现场测试结果及分析。通过STEP7编程软件将模糊PID算法在PLC中实现，测试温度控制效果进行对比分析。
（7）监控界面的开发。根据控制要求，设计热合装置温度控制系统的监控系统。下位机选用西门子S7-200PLC作为控制器，控制固态继电器、电磁阀等。选用上位机软件MCGS进行监控界面的设计，可以实现数据显示、报警、参数修改、打印报表等功能。
先采用常规PID算法进行温度控制。为使控制效果最佳，常规PID控制器以固定的参数来调节系统温度是很难办到的。为此，本文设计了模糊PID控制器，使得PID参数可依据偏差和偏差变化范围在线调整，选择最佳的控制策略，使系统达到最优的控制指标。使用MATLAB分别对常规PID算法和模糊PID算法进行仿真研究，对仿真结果进行比较分析，从而论证两种控制算法的优劣。
2.3可行性分析
经过前期大量的查阅相关文献，分析了包装机的机械结构，并且根据热合装置热合的工作流程，完成了热合机温度控制系统的硬件设计和软件设计。对于本课题中所用的关键技术与所用到的算法，通过MATLAB仿真并且与传统的一些方法进行分析和比较，最后得到验证。对于热合装置的硬件布置，电气设计，PLC程序的编写。
2.4 预期目标
（1）根据热合机温度控制器的工作流程，分析了热合机温度控制的动态特性和各个阶段的温度控制要求，并且提出了相应的解决方案。
（2）对热合装置进行建模。
（3）完成热合机温度控制系统的模糊PID控制器的设计。
（4）用MATLAB来实现常规PID控制、模糊控制和模糊PID控制，进行计算机仿真分析。
（5）对整个热合装置控制系统进行硬件设计和软件设计。
（6）开发出人机监控界面。