一种基于PLC的智能温度控制系统设计

                                                           柏承宇
                                    (西安铁路职业技术学院牵引动力系，陕西 西安〓710014)
     针对传统可编程逻辑控制器智能温控中温度非线性变化问题，提出了一种区别于传统模糊比例积分微分的可编程逻辑控制器温控方式，即通过在线实时整定模糊比例积分微分中的3个参数，使得3个参数在不影响系统正常运行的前提下，随着被控对象变化而做出相应的调整，以此实现对任意温度下的温度智能控制。最后借助编程软件设计自适应模糊比例积分微分控制器，并对系统相关的硬件和软件进行详细设计，实现了对温度的智能化控制，拓展了温控系统应用。

     温度控制作为工业应用的重点，控制精确度将直接决定工业产品的质量。温度控制因产品工艺不同存在着众多不确定的因素，由此诞生了基于可编程逻辑控制器(PLC)的温控系统，并广泛应用在工业生产领域中。但随着应用的深入，发现传统比例积分微分（proportion integration differentiation，PID）控制对温度的控制效果差，主要原因在于传统PID将温度变化定义为线性变化，而实际应用中温度的变化是非线性的。因此，需要采取更为先进的控制算法来提高温度控制的质量，如神经网络、参数整定、积分分离等，如董文波［1］根据常规PID自适应存在的缺点，设计出基于RBF的PID整定控制器，仿真结果显示效果良好。考虑到RBF(radial basis function)算法存在计算复杂、耗费资源多等缺点，笔者从温度变化关系入手，设计了一种基于参数自整定PID控制算法的控制器。

1〓受控对象数学模型
    本系统的设计以烘干炉为例，构建具体的数学模型。烘干炉作为一种简易的加热装置，具有自平衡能力。因此，对受控对象模型的数学描述可采用一阶系统纯滞后环节表示，最后通过拉斯变换得到式（1）。


G(s)=〖SX(〗Ke-τs〖〗Ts+1〖SX)〗
〖FH〗（1）

〖LL〗
式中：G(s)为被控对象；K为被控对象静态增益；τ为纯滞后时间；T为时间常数。
同时结合飞升曲线方法，根据炉温拟合曲线求解出式（1）模型的3个参数：放大倍数K=4；τmin=20s≤τ≤τmax=80s；Tmin=100s≤T≤Tmax=300s。

2〓基于自适应模糊PID控制算法〖HT5SS〗〖STBZ〗
2.1〓传统PID控制算法〖HT5SS〗〖STBZ〗
    传统PID控制中，通常对偏差信号进行比例、积分和微分运算，得到输出值u（t），具体的原理如图1所示。

〖TP30601.TIF，+18mm〗〖HT5”K〗〖JZ〗图1〓传统PID控制原理图〖HT7〗〖HT5SS〗
〓〓
    由于该控制方法原理简单，因此被广泛应用在工业控制中，但实践表明，传统PID算法用在线性关系中效果良好，用在非线性控制中则效果不明显［2］。

2.2〓模糊自适应PID算法
    由于传统的PID控制算法体现的是线性关系，不易对烘干炉温度进行控制，因此本文引入模糊自
〖CM(21*2〗适应PID算法。模糊自适应PID控制的原理是找......


作者简介：〖HTSS〗柏承宇（1982—），男，陕西西安人，西安铁路职业技术学院讲师，工程硕士，主要从事电学方向的教学工作。



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