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实验室催化槽水温控制器的设计

实验室催化槽水温控制器的设计. 导师：师黎 姓名：杨静. 1. 3. 4. 6. 2. 5. 模糊 —PI 控制器设计思想. 设计要求. 系统 Simulink 模型的建立与仿真. 总结. PI 控制器的设计. 模型比较及鲁棒性分析. 实验室催化槽水温控制器的设计. 设计要求及控制对象模型. 容积为 5L 的实验室催化水槽的设计要求： 催化槽水温在 45 ℃～ 85 ℃之间任意设定 长时间的保温阶段温度波动 ≤±1 ℃ 稳定精度 ﹤0.3 ℃ 系统对象为. 为了获得较好的稳态控制效果，先设计一个单独的 PI 控制器，参数整定如下：

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Presentation Transcript

  1. 实验室催化槽水温控制器的设计 导师：师黎 姓名：杨静

  2. 1 3 4 6 2 5 模糊—PI控制器设计思想 设计要求 系统Simulink模型的建立与仿真 总结 PI控制器的设计 模型比较及鲁棒性分析 实验室催化槽水温控制器的设计

  3. 设计要求及控制对象模型 • 容积为5L的实验室催化水槽的设计要求： • 催化槽水温在45℃～85℃之间任意设定 • 长时间的保温阶段温度波动≤±1℃ • 稳定精度﹤0.3 ℃ • 系统对象为

  4. 为了获得较好的稳态控制效果，先设计一个单独的PI控制器，参数整定如下：为了获得较好的稳态控制效果，先设计一个单独的PI控制器，参数整定如下： • num=[27]; • den=conv(conv([1 1],[1 3]),conv([1 3],[1 3])); • G=tf(num,den); • s=tf('s'); • [Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(G);

  5. Tc=2*pi/Wcp; • %PI控制器 • PIKp=0.4*Gm; %频率响应整定法计算PI控制器 • PITi=0.8*Tc; • PIGc=PIKp*(1+1/(PITi*s)); • Gk=PIGc*G; • sys=feedback(Gk,1,); • step(sys,'b-')

  6. title('PI控制单位阶跃响应') • xlabel('时间'),ylabel('幅值') • PIKp • PITi • %初次整定后下面进行PI参数调节 • hold on • PIKp=1.1*PIKp;

  7. PITi=1.1*PITi; • PIGc=PIKp*(1+1/(PITi*s)); • Gk=PIGc*G; • sys=feedback(Gk,1,-1); • step(sys,'b-') • title('PI控制单位阶跃响应') • xlabel('时间'),ylabel('幅值') • PIKp • PITi

  8. PI控制器参数整定结果 • 执行上述命令后，可得到整定后系统在PI控制作用下的控制参数 • Kp=2.25，Ti=3.25 • 整定后PI控制闭环系统单位阶跃响应曲线为

  9. 模糊-PID控制器设计思路 • 模糊——PI控制系统原理图

  10. 模糊控制器设计 • 模糊控制器结构： • 采用二维模糊控制器 • 温度偏差e=r-y，温度偏差变化率ec=de/dt • 输出u为控制量 • Ke、Kec、Ku分别为偏差e、偏差变化率ec及控制量u的量化因子和比例因子

  11. 二维模糊控制器框图

  12. 模糊控制器设计 • 模糊语言变量设计： • E和EC的模糊论域为[-6 6],U为[0 10] • 实际偏差e的基本论域设定为[-0.5 0.5]，实际偏差变化率ec的基本论域设定为[-1 1]

  13. 实际输出控制量u的论域定为[0 10] • 确定Ke=12、Kec=6、Ku=1

  14. 模糊控制器设计 • 模糊语言变量设计： • E的语言值设定成6个，{NB,NM,NS,PS,PM,PB} • EC的语言值设定成5个, {NB,NS,ZERO,PS,PB} • U的语言值设定成5个, {ZERO,PW,PS,PM,PB}

  15. 模糊控制器器变量及高层属性编辑器

  16. 偏差E的隶属函数曲线

  17. 偏差变化率EC的隶属函数曲线

  18. 输出变量DU的隶属函数曲线

  19. 模糊-PI规则设计

  20. 模糊-PI双模控制Simulink建模仿真 • 温度控制模型 • 对被控对象温度建模，G(s) = • 对模型系统进行仿真 • 画出模糊—PI双模控制与单独的PI控制仿真图 • 根据实际控制效果调整参数，得出符合要求的控制效果

  21. 模糊控制器仿真模型

  22. 模糊控制仿真结果

  23. PI控制仿真模型

  24. 模糊—PI双模控制Simulink仿真模型

  25. 模糊PI与PI和模糊阶跃响应对比图

  26. 系统的鲁棒性分析 • 分别对PI控制和模糊PI控制加干扰：

  27. 鲁棒性分析

  28. 稳态精度分析 • 稳态时模糊PI和PI控制的仿真结果如下： • 从图中可以看出，单位阶跃是的稳态精度Ess=0.0002,当输入为最大值85 ℃的时候Ess=0.017＜0.3 ℃。温度波动很明显达到了要求

  29. 分析与总结 PI控制 模糊PI 模糊控制 总结 具有良好的瞬态特性 具有良好的稳态特性 改善了系统的稳态性能 模糊PI的鲁棒性优于PI

  30. Thank You ! 检测技术与自动化装置 杨静 200812018081102006

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