本科论文基于MatlabSimulink的电热炉温模糊控制的设计与分析

1、基于matlab/simulink的电热炉温模糊控制的设计与分析the design and analysis of electrical stove temperature fuzzy control based on matlab/simulink陈孚 洪云飞 吕振chen fu ,hong yun-fei , lv zhen摘要：本文介绍了用模糊控制实现电热炉温自动恒温控制的设计原理及方法。用matlab语言编程及simulink仿真两种方法实现这种控制的设计与仿真，并与传统pid控制进行了比较。关键词： 模糊控制；matlab；simulink；fis中图分类号：tp273 文献标识码

2、：aabstract: this text introduces the design principle and method of electrical stove automatic constant temperature control based on fuzzy control. two methods ,matlab language programming and simulink, are used to realize the design and simulation of the control and compared with the traditional pi

3、d control.key words: fuzzy control；matlab；simulink；fis1：概述eecnlnmnszepspmplnl××plplplnmnlnmpmpspspmpmnmnlnsplpmpspspsnmnlzeplpmpszensnmnlpsplpmnsnsnsnmnlpmplpmnmnmnsnsnmplplpmnlnlnl××电热炉用于对金属零件的热处理，按热处理工艺要求需保持温度在600值恒定不变。而炉温受被处理零件多少，体积大小以及电网电压波动等因素影响容易波动。用传统pid控制设计虽简单，使用方便，但鲁棒性不强

4、。故改用模糊控制，仿真结果表明了该方法的优越性1。2：模糊控制设计原理（1）模糊控制器的结构：本设计采用双输入，单输出模糊控制，其中ke,kc为量化因子,ku为比例因子。图1：双输入单输出模糊控制器框图（2）输入，输出变量：在此将炉温600度作为给定值t。，测量得到的炉温记为t(k) ，则误差 e(k)=t(k)- t。作为模糊控制器的一个输入e，另一个选取误差变化率ec 。（3）输入输出变量论域及模糊子集的隶属度：对e,ec 均选取-6，6的论域，并都记为模糊子集nl,nm,ns,ze,ps,pm,pl 。各子集隶属函数均采用gauss2型。对输出变量u ,与输入变量相同的划分方法，但要注意

5、比例因子的适当选取。（4）模糊控制规则的构成：在实践中，操作者对一个工业过程控制的经验可总结为一系列推理语言规则，例如：if e=nl and ec=pl then u=pl,if e=ps and ec=pl then u=nl,.if e=pm and ec=ns then u=nm.可以对上述规则用表1的方法表示出来，即模糊控制状态表：表1：u的模糊规则：说明：符号“×”表示不可能出现的情况3：模糊控制的仿真研究（1） matlab 直接编程分析： 对模糊控制器的matlab语言编程2按编程顺序，仿真程序主要由5个部分组成。仿真模型和仿真初值的给定部分；语言变量及隶属函数定义部

6、分； 规则列表矩阵定义部分；仿真计算部分；仿真图形的输出部分。编程语句如下：a=newfis(fuzzy1); %建立一个新推理系统a=addvar(a,input,e,-6 6); %添加输入变量a=addmf(a,input,1,pl,gauss2,1.1,6.3,1.1,5.8) %添加第一个隶属函数a=addmf(a,input,2,pm,gauss2,1.2,3.3,1.2,2.8);%添加第二个隶属函数。 。 。 %依次添加其它隶属函数其中参数a 对应u。规则列表矩阵定义部分程序中，规则列表格式要求：列表矩阵的列数为 m+n+2 。m为模糊系统输入个数，n为模糊系统输出个数，第 m

7、+n+1 列为该条规则的权值（0-1），我们都采用1，即各条规则重要程度相等。第m+n+2 列为模糊操作符类型。and时为1，or时为2。如表1的第一条规则 rulelist =1 3 7 1 1,；第三条规则 rulelist=1 5 7 1 1,；仿真计算部分采用循环结构，这样可以求出针对每一个采样点的系统输出值，供输出仿真图形使用。该部分主要完成：输入模糊化；模糊推理；清晰化；数值仿真；误差及误差变化率计算5种功能。其中，模糊推理语句的形式为：in=e,ec ; %定义输入向量u=evalfis(in,a); %计算a 的推理结果 传统 pid控制的matlab语言编程3对实际的温度控制

8、系统，测温，内部变化及执行机构可等效为一个二阶的传递函数，因此，对本例的控制系统，可编写matlab程序如下：num1=1.5 1 2;den1=1 0;sys1=tf(num1,den1);num2=20;den2=8 8 1;sys2=tf(num2,den2);sys3=sys1*sys2;sys=feedback(sys3,1);x,t=600*step(sys);plot(t,x)grid ontext(9 606,'pid control')两个系统的程序运行结果曲线图如图2示 图2：两程序运行曲线图（2） 用 simulink 的方法分析: 用fis编辑器在命令窗

9、口中输入fuzzy, 回车便打开 fis的编辑器界面。首先，添加输入变量并分别取名为e, ec, u 。and method ，or method 等选项保持默认值，即采用 mamdani 推理方法。然后双击输入输出隶属函数图标进行隶属函数的编辑。最后，双击编辑器中间的图标进入规则编辑器，将表1的规则添加其中，接下来就可以存盘了，取名为 fuzzy1。值得注意的是存盘之后还需选择 save to workplace （ctrl+t）项，以便在建模时能调用这个文件4。图3：模糊系统仿真框图图4：simulink仿真曲线图 simulink建模并仿真图3为仿真框图，在 flc图标中的 fismat

10、参数项中填入fuzzy1，并设定其它环节参数（与编程方法的参数相同），即可进行仿真。仿真曲线如图4示（设定系统仿真时间为20秒）。4：实验结果图2的仿真曲线说明，基于模糊控制器的设计超调量小，响应速度快且鲁棒性强。有更好的使用效果。与图4的曲线比较，结果是一致的，证明了两种方法实现的正确性。5：结论本文将模糊控制技术应用于炉温控制中。设计出一种模糊控制器，并利用matlab仿真软件对系统进行了仿真。与同参数的传统pid控制相比较，控制效果突出，可靠。通过实验，这种设计是成功的，基本满足了系统要求。参考文献：1王耀南 智能控制系统湖南大学出版社 1996 p27-352楼顺天 基于matlab的

11、系统分析与设计西安电子科技大学出版社 1999 p55-593黄忠霖 控制系统matlab计算与仿真国防工业出版社 2001 p219-2234韩启纲 计算机模糊控制与仪表装置中国计量出版社 1999 p41-62，p75-84作者简介：陈孚 男 1980。8。24生 辽宁工程技术大学电气工程系硕士研究生，研究方向为自动控制在电力传动中的应用电话e-mail:chenfu02002resume: chenfu, male, born in august 24,1980, a postgraduate of liaoning technical university, is engaged in the application of automatic control in electrical power motor.（123000 辽宁工程技术大学电气工程系95#）陈孚 洪云飞 吕振(electrical e