论文总字数：24667字

摘 要

本文根据实际工业生产中温度调控的情况，对于具有非线性、大时延、大惯性，具体模型未知的系统的具体控制问题，提出了用模糊控制方法来针对该系统进行控制的方案，模糊控制理论能够在被控对象模型未知的情况下，通过系统反馈的温度误差，自动选择相应的控制方法来调节整个过程，使得被控对象能够输出稳定的温度。该方案实施起来非常简单，具有很强的适应能力，且拥有很优异的动态性能和精准的控制效果。

本文中提到的基于帕尔贴的温度触觉感知复现模型中的帕尔贴，即半导体制冷器，是该模型最重要的一部分，它就具有非线性，模型难以确定的特点，想要通过准确的数学模型来使用经典控制理论和现代控制理论解决这类问题是很困难的。相比之下，模糊控制就能很好地被用于对帕尔贴进行温度控制。文中首先介绍了常规PID控制算法和模糊控制算法的原理，然后通过对比常规PID和模糊控制、模糊PID控制和自适应模糊PID控制针对帕尔贴的控制进行的仿真，得到了这四种控制方法在这类情况下的具体表现及其优劣之处，并在文章的最后进行了总结。

关键词：帕尔贴，温度控制，模糊控制，自适应模糊PID控制

Abstract

In this paper, according to the actual temperature in industrial production process, for system which is nonlinear, uncertain and with large time delay, using fuzzy control method is proposed for the system control scheme, the fuzzy control theory under the condition of unknown model, could automatically select the corresponding control method to regulate the whole process, through the system temperature error feedback, which enables the controlled object to output a steady temperature. The scheme is simple to implement and has strong adaptability, excellent dynamic performance and precise control effect.

The temperature tactile perception reappearance model based on the Partie which is the semiconductor refrigerating unit, is the most important part of the model, it is nonlinear, the characteristics of the model is difficult to determine. It’s difficult to solve such problems using accurate mathematical model with the classical control theory and modern control theory. By contrast, the fuzzy control is well used to control the temperature of Partie. This paper first introduces the principle of conventional PID control algorithm and fuzzy control algorithm, and then by comparing the conventional PID and fuzzy control, adaptive fuzzy PID control and fuzzy PID control for the simulation of the control of Partie, get the four control methods in the manifestation of such circumstances and their advantages and disadvantages, and at the end of the article are summarized.

KEY WORDS: Partie,temperature control,fuzzy control,adaptive fuzzy PID control

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景及其意义 1

1.2 国内外温控技术的发展现状 1

1.3 帕尔帖的应用背景 2

1.4 主要结构安排 3

第二章 基于帕尔帖的温度触觉感知再现模型 4

第三章 PID控制算法 7

3.1 PID控制基本原理 7

3.2 PID控制环节 7

3.3 PID控制算法 8

3.4 数字PID算法 8

3.4.1 位置式PID 8

3.4.2 增量式PID 8

3.4.3 两种数字PID的优劣 9

3.5 PID控制特点 9

第四章 模糊控制算法 10

4.1 模糊控制简介 10

4.2 模糊控制组成 10

4.3 模糊控制基本原理 11

4.4 模糊控制器的设计方法 12

4.4.1 模糊控制器的结构选择 12

4.4.2 模糊化 12

4.4.3 设定模糊规则 13

4.4.4 模糊推理 14

4.4.5 解模糊 14

4.5 设计模糊PID控制器 16

4.5.1 模糊PID算法 16

4.5.2 模糊PID参数自整定 17

第五章 基于Simulink的系统仿真 20

5.1 被控系统的模型 20

5.2 帕尔帖元件常规PID控制仿真 21

5.2.1 常规PID的Simulink结构 21

5.2.2 PID控制的参数整定 22

5.2.3 PID控制器优化方法 22

5.3 模糊控制器设计及仿真 24

5.3.1 模糊控制器结构图 24

5.3.2 模糊控制的实际仿真 24

5.4 模糊PID设计及仿真 29

5.4.1 具体原理 29

5.4.2 控制系统仿真方案 33

5.4.3 自适应模糊PID控制 35

5.5 抗扰动性能对比 36

5.6 四种控制方案最终结果比较 38

结 论 40

致 谢 41

参考文献 42

绪论

课题研究背景及其意义

温度的测量和控制和我们日常的生活及工农业生产都有很深的联系，它涉及到了各种各样的行业。想要获得质量好、不具有危险性、能耗小的产品，对温度进行高准确度的监测和调控是非常必要的一点。我们平时也会接触各种各样控制温度的家具，电热水壶、电饭锅、电冰箱、电热水器等，从中，我们不难看出，温度控制之于我们的重要性以及它的广泛性和多样性。那么，强化温度测控的准确性和牢固性就显得尤为必要，研究温度测控技术有很强的现实意义。

但实际上，我们所需控制的对象都十分复杂，结果使得设计性能优良的温度控制系统变得障碍重重。有很多对象，有着强惯性、滞后时间长、不具有线性特征，实际的数学模型不确定的特点。最起初的控制方式是操作员手动操作，导致无法适时地进行调整，是非常粗糙的一种控制手段，使得控制难以精准，系统难以平稳的运作。常规PID是近代研究所得的优良控制手段，但由于其系数是恒定的，关于已确定模型的被控对象，能够完成很好的控制效果，但对于滞后时长久、不具有线性特征的被控系统，常规PID算法的表现并不是很好。

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