干餾爐溫度模糊控制研究

專業(yè)：控制理論與控制工程

姓名：啦啦

學號：0000000摘要干餾過程的控制對象模型串級PID控制模糊PID控制系統(tǒng)仿真及結果分析摘要

油頁巖干餾工業(yè)越來越受到人們的重視。其干餾控制效果的優(yōu)劣直接影響頁巖油的產量，而溫度控制又是頁巖干餾爐控制系統(tǒng)中的關鍵環(huán)節(jié)，因此頁巖煉油過程中的溫度控制具有十分重要的現(xiàn)實意義。

由于干餾爐溫度控制系統(tǒng)具有慣性、滯后和難以獲得精確數(shù)學模型等特點，本文在串級PID控制的基礎上引入模糊控制，作為智能控制算法應用于干餾爐溫度控制系統(tǒng)，構成模糊PID控制器來整定溫度控制系統(tǒng)主控回路的PID參數(shù)，這樣既保持了PID控制器的結構簡單、適應性強的優(yōu)點，又能在線調整PID控制器的參數(shù)，以適應頁巖干餾過程模型參數(shù)的變化。

最后通過Matlab仿真，分析了模糊PID控制器的動態(tài)響應和抗干擾能力，并與傳統(tǒng)串級PID控制進行比較。結果表明，設計的模糊PID控制器超調量較小，調節(jié)時間短，抗干擾能力較好，能達到較好的控制效果。

干餾爐的工藝流程圖

干餾過程的控制對象模型

串級PID控制

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產過程向著大型、連續(xù)和強化方向發(fā)展，對控制系統(tǒng)的控制品質提出了日益增長的要求。串級控制是一種易于實現(xiàn)且效果又較好的控制方法，在生產過程中的應用也比較普遍。串級控制系統(tǒng)框圖：干餾爐溫度串級PID控制缺陷：

在實際應用中，很多工業(yè)過程都具有高階、非線性、大遲延及時變等特性，給以精確數(shù)學模型為基礎的現(xiàn)代控制理論的應用帶來了困難。PID控制器的參數(shù)整定必須相對于某一模型己知、系統(tǒng)參數(shù)已知的系統(tǒng)，但事實上大多數(shù)的生產過程都具有非線性和時變性，其特性隨時間的變化而變化，而且干擾因素較多，當模型參數(shù)或者工況發(fā)生變化，運行人員要根據(jù)經驗來改變參數(shù)，工程上通常用試湊法進行整定，需要反復試驗，反復試湊工作量比較大，消耗大量的時間和精力，雖然這樣在一定程度上也能滿足運行要求，但是不可避免地存在盲目性。所以有必要研究智能控制技術手段與PID控制相結合來控制較復雜的工業(yè)過程。模糊PID控制

為了實現(xiàn)ATP干餾爐干餾區(qū)溫度的無差控制，將模糊控制器與PID控制器結合在一起。以溫度的偏差e和偏差變化率ec作為輸入，根據(jù)偏差的特征，找出PID參數(shù)與溫度偏差e、偏差變化率ec之間的模糊關系，在運行中不斷檢測e與ec，根據(jù)模糊規(guī)則對三個參數(shù)進行修改，來滿足不同e與ec對控制參數(shù)的不同要求，使干餾過程具有良好的動態(tài)和靜態(tài)性能，進而獲得更加滿意的控制效果。溫度控制回路模糊PID控制器的設計

ATP爐溫度控制系統(tǒng)采用的模糊PID結構如圖：

模糊控制器的設計包括：控制系統(tǒng)的模糊概念的確定，包括論域、模糊集合；輸入精確量的模糊化過程，確定隸屬度函數(shù)；確定模糊控制規(guī)則；模糊推理；完成模糊量到精確量的轉化。

模糊PID算法流程圖溫度控制模糊PID控制器的輸入輸出參數(shù)設計

NBNMNSZOPSPMPBNBPBPBPMPMPSZOZONMPBPBPMPSPSZONSNSPMPMPMPSZONSNSZOPMPMPSZONSNMNMPSPSPSZONSNSNMNMPMPSZONSNMNMNMNBPBZOZONMNMNMNBNB

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系統(tǒng)仿真及結果分析

1.串級PID控制仿真框圖串級PID參數(shù)的比較

串級PID的響應曲線：組1100.3100.150.1229.20.2100.150.12370.17100.150.12

模糊控制器設計模糊規(guī)則顯示

模糊PID的響應曲線：兩種控制方法性能指標比較：引入干擾的溫度響應曲線：控制方法串級PID控制1984008.9模糊PID控制1903501.9

從圖中可以看出，加入一個擾動信號后，模糊PID控制器的調節(jié)時間短，恢復設定值的時間較快，抗干擾性能較好。從以上仿真圖可以看出，針對溫度這樣一個時變的非線性的復雜系統(tǒng)，模糊PID控制器的超調小，調節(jié)時間短，控制效果較好。模糊PID控制方法是在模糊控制和PID控制的基礎上，進行系統(tǒng)仿真，取得了較好的效果，其自適