MATLAB中simulink的模糊PID控制

主要内容
一、主要任务
（1）理解实际电阻炉温控系统的电路结构，工作原理、控制系统的算法实现
的方法；
（2）根据系统工作原理建立数学模型，对于电阻炉炉温信号的采集、放大、
滤波用数学模型表示出来，并将之转化为相应的控制模块；
（3）研究用模糊控制与PID 的结合的方法控制炉内温度，并设置校正方法；
（4）利用Simulink建模仿真，对各个部分建立子系统仿真，并进行系统的封
装、参数设定与属性的设定。
（5）在仿真过程中应考虑环境噪声等干扰信号对系统的影响。
（6）计算系统的超调量（要求<10%）、调节时间和稳态误差，并在GUI界面上
显示。
（7）制作GUI界面，要求可以设置PID的参数、设置控制温度，显示仿真结
果。

二、相关知识简介
(一)模糊控制在MATLAB中的实现
1.采用MATLAB语言根据具体的控制算法编程（复杂但灵活）；
2.利用MATLAB提供的模糊逻辑工具箱函数（简单）；
经过考虑选择MATLAB提供的模糊逻辑工具箱函数来实现模糊控制的实现；

(二)温控系统的数学建模
从实际应用中，可以知道电阻炉是一种能自衡的对象，将电阻炉炉膛内的温度作为惟一变量，可以写出它的常微分方程。当电阻炉炉膛温度稳定时，则某一时时刻加热元件发出的热量Q应该等于该时刻炉膛中积累的热量Q。和通过炉体散失掉的热量Q2之和，即：Qt=Q1+Q2； Q1、Q2可用下面两个式子表示：
Q1=CdTk/dt,Q2=(Tk-T0)/R，式中：C为电阻炉的热容量；Tk为炉内温度；t为烧结时间；T0为环境温度；R为电阻炉的阻值(绝缘材料及炉内、外流动气体产生的)。
当Tk远远大于T0时，T0可忽略，于是有：Q= CdTk/dt+Tk/R,两边取拉氏变换得：Q(s)=CSTk(s)+Tk(s)/R=(CS+1/R)Tk(s)；所以：Tk(s)/Qt(s)=1/(CS+1/R);
由于测量元件的时间滞后，加上电阻炉本身所固有的热惯性，使得控制信号与温度测量值之间存在着一个时滞环节t。控制器的输出为u，而u(s)可以设定正比于Qt(s)，即Qt(s)=ku(s)，y(s)=Tk(s)。所以：

式中：K=kR，称为对象的增益；T=CR，称为对象的时间常数。那么，被控对象电阻炉的理想模型即为：

(三)PID控制
PID控制器（比例-积分-微分控制器）是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。PID控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。
它的传递函数为：G(s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TIs)+TDs] 其中kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数。

三、设计思路
1.模糊自整定PID控制器的结构
模糊自整定PID控制器是在PID控制器的基础上，以偏差e和偏差变化率ec作为输入，利用模糊规则进行模糊推理，查询模糊矩阵表对PD参数KP、K，和KD进行在线调整，从而达到对被控对象的控制目的。

2.模糊控制器的实现
（1）在matlab工作窗口输入：fuzzy+回车进入图形界面编辑
（2）增加输入输出变量

（3）编辑隶属度函数

（4）编辑模糊规则

（5）将模糊控制模块添加到仿真电路

（6）模糊PID控制电路

（7）设计GUI界面控制仿真电路

（8）加入噪声模块后电路

四、结果与不足之处
1.150℃时电路仿真结果

2.300℃仿真结果

3.GUI仿真结果

4.加入噪声后仿真结果

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