1、指导教师：许思猛,基于PLC的自整定PID温度控制设计,班级：电气0702 学生： 学号：0207103217,论文的主要内容及组织结构,1.课题的背景和意义 2.PID控制 3.基于模糊控制的PID参数整定 4.模糊PID参数自整定控制的PLC 实现 5.组态软件设计以及系统分析,背景随着可编程序控制器(简称PLC)技术的不断发展，它有着高可靠性、逻辑控制的设计实现方便灵活等优点。将模糊控制与PLC 控制技术相结合，利用PLC 结合模糊控制实现PID参数自整定，将会有越来越广泛的应用。它既保留了PLC 控制系统控制可靠、灵活、适应能力强等特点，又提高了控制系统的智能化程度，是现代自动控制系统
2、的发展趋势之一。,1.课题的背景和意义,意义本课题研究的主要目的是运用模糊理论进行PID参数整定，并以PLC为处理器，设计出一套基于PID参数自整定的温度控制系统。对PID参数整定的方法具有一定的实际运用价值，并把PID控制理论应用到温度控制系统当中，为从事过程控制系统的软件和硬件设计人员提供了一个很好的应用实例。,PID控制原理,2.PID控制,PID控制器作为一种线性控制器，它根据给定值和实际输出值构成控制偏差，将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，从而对被控对象进行控制，故称为PID控制器。,PID控制器参数对控制性能的影响,2.PID控制,比例系数Kp作用反映控制系统的偏差信
3、号，一旦系统出现了偏差，比例调节作用立即产生调节作用，使系统偏差快速向减小的趋势变化。,积分系数Ki作用使系统消除稳态误差，提高系统的无差度，以保证实现对设定值的无静差跟踪。,微分系数Kd作用反映系统偏差的变化律，预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用。直观而言，微分作用能在偏差还没有形成之前，就己经消除偏差。,3.基于模糊控制的PID参数整定,模糊控制器设计,（4)将控制量乘上比例因子去模糊化后施于被控对象上。,查表法的模糊控制器设计：,（1)确定误差、误差变化的论域；,（2)根据论域，将e、ec的变化范围平均分为7档，使每一档与其论域的某个元素对应；,（3)查模糊控制表，得输出控制；
4、,3.基于模糊控制的PID参数整定,模糊PID 控制器,模糊自适应参数整定就是寻求 PID 的三个参数与 e、ec 之间的关系。整个系统在运行中不断检测 e 和 ec，然后根据一定的原理对 PID 的三个参数进行修改，以满足不同 e 和 ec 对控制参数的不同要求，从而使被控对象有良好的性能。,4.模糊PID参数自整定控制的PLC 实现,PLC 程序设计流程图,4.模糊PID参数自整定控制的PLC 实现,输入量等级量化的梯形图设计,根据e和ec论域所分的等级,将实际温度变化范围分为7档,根据偏差e和偏差变化ec的不同值将对应的模糊化论域X、Y元素分别存入VW200、VW300。,e 对应的模糊
5、化论域X 元素表,4.模糊PID参数自整定控制的PLC 实现,输入量等级量化的梯形图设计,根据偏差e的不同值将对应的模糊化论域X元素存入VW200。,模糊PID参数自整定控制的PLC 实现,模糊控制表程序,查表程序设计利用变址寄存器, 通过采取“基址+ 偏移地址”寻址的设计方法来实现。设e 和ec的论域元素分别为X、Y,则输出量比例Kp 的位置为:表首地址+7(X+3)+(Y+3),表首地址为VD500。,模糊PID参数自整定控制的PLC 实现,反模糊化程序,把由表 查出的控制量模糊论域中的值Z p i j ( 即VD500VD548 中的值)乘以比例因子K1 便可以得到实际的比例系数Kp*=
6、K1 * Zpij,实际的积分时间Ti*= K2 * Ziij,实际的微分时间Td=K3 * Zdij。,5.组态软件设计以及系统分析,温度控制主界面,1、系统运行窗口 进入的主窗口如图，在这个人机界面上，我们可以实现温度的实时显示和温度曲线显示等功能。2、实时数据 在温度曲线窗口中，我们可以观察到温度实时数据曲线。根据这曲线，可以判断系统的运行状态。,5.组态软件设计以及系统分析,曲线分析,PID 常规控制器和模糊PID 控制器对相同输入的响应特性曲线来进行二者之间的比较。相对于常规PID 控制来说,模糊PID 控制有着响应时间短、更快的反应速度, 并且超调小。这表明对于温度过程控制系统,采
7、用模糊PID 控制可以取得更好的性能,基本实现对控制系统的快速、准确控制。,总结,本文通过利用西门子S7-200 实现过程控制系统实验装置中的温度模糊控制,这一算法的改进给PID 参数在线调整提供了很大的方便,与常规的PID 控制相比,模糊PID 控制克服了温度控制的时变、非线性等不利因素的影响, 具有鲁棒性强、动态性能好等特点。在软件编程方面，由于本人编程能力不强，可能有的子程序可以编得更加简洁实用或者功能更加完全。今后我将进一步的改进本设计的各个功能，使其性能更加完善，让用户使用起来感觉更加满意。当然还因为个人能力有限，还有很多不足的地方目前还没及时发现，敬请各位老师指正，力求将本设计做的更加完善。,致谢,谢谢老师！,
