神经网络PID控制在电阻炉温度控制系统中的应用.docx

摘要：在现代工业生产和科研过程中都需要用到电阻炉，而电阻炉是一个需要加热的设备。温度控制对于电阻炉来说是一个很复杂的进程。电阻炉具有较大的惯性，温度升高的单向性，滞后性，非线性，耦合性等特点。因此，我们对电阻炉的温度控制系统进行建模分析，对我们更好的控制电阻炉具有重大的帮助。本文的目的在于对传统的箱式电阻炉的温度控制系统从数学建模到温度控制及其最后优化的整体解决办法。

本文首先根据系统的输入输出特性，摆脱传统电阻炉的一阶惯性模型，采用MATLAB等高性能计算工具，对电阻炉系统建立二阶模型。然后与传统的一阶系统进行比较，从而证明二阶系统相较于一阶系统的优越性。其次，本文采用新的数学模型，采用MATLAB软件寻找最优化参数，得到理最适合模型的最佳控制参数的理论值。并把参数应用到实际的系统中，然后比较实际与仿真系统的差异。最后，本文应用PID进行参数自矫正。通过计算控制器的矫正数值，对系统的参数进行及时调整，提高系统的定值控制效果。另外再利用MATLAB软件编写上位机程序，与智能仪表之间建立通讯，使上位机对系统进行实时远程监控，同时对系统的状态进行记录，实现一个小型的集散控制系统。

实验表明，本文得出的二阶系统模型比传统的一阶系统能更准确的模拟实际测得的系统阶跃响应曲线。尽管众所周知仿真模型在一定程度上能反应系统的实际趋势，但是仿真系统还是不能完全还原实际的效果。为了对这个缺憾进行弥补，所以参数的在线自动矫正在PID参数大概确定的情况下，根据实际系统，对系统控制的参数进行微笑的调整，使系统的定值控制趋向于准确。

关键词：系统二阶模型；参数在线矫正；PID参数整定；传统电阻炉；MATLAB仿真

目录

摘要

Abstract

第一章  引言-1

1.1选题的目的和意义-1

1.2电阻炉控制研究现状-1

1.2.1电阻炉的简介-1

1.2.2电阻炉的工作原理-2

1.2.3电阻炉建模研究现状-3

1.2.4电阻炉控制系统的发展现状-3

1.3 本文的研究内容-4

第二章  关于建立电阻炉系统模型的方法-6

2.1 概述-6

2.2 系统模型的建立-6

2.2.1 以阶跃曲线为基本思想的建模-6

2.2.2 二阶系统单位阶跃响应-8

2.2.3 基于阶跃响应的二阶传递函数模型建立-9

2.3 本章小结-10

第三章 PID控制器的参数整定和优化-11

3.1 PID控制器的介绍-11

3.1.1 比例调节器-11

3.1.2 比例积分调节器-12

3.1.3 比例积分微分调节器-12

3.2 PID控制器的优缺点-12

3.2.1 PID控制的优点-12

3.2.2 PID控制的不足-13

3.3  MATLAB软件的介绍-13

3.4 神经网络PID控制-14

3.4.1 几种典型的学习规则-15

3.4.2 神经单元自适应PID控制-15

3.4.3 改进的单神经元自适应PID控制-16

3.4.4 PID控制器的设计-16

3.4.5 PID参数整定和优化-17

3.5 程序仿真与实际控制效果-18

3.5.1 基于无监督Hebb学习规则的位置跟踪-18

3.5.2 基于有监督的Delta学习规则的位置跟踪-19

3.5.3 基于有监督Hebb学习规则的位置跟踪-20

3.5.4 基于改进学习规则的位置跟踪-21

结束语-23

致  谢-24

参考文献-25

附  录-26

附录A:无监督Hebb学习规则-26

附录B:有监督的Delta学习规则-27

附录C:有监督的Hebb学习规则-29

附录D:改进学习规则的位置跟踪-30