点击： 作者：未知
1 引言
在实际应用中锅炉是一个复杂的系统，存在着惯性大、非线性、参数时变、数学模型难以建立等特点，必须采用合适的控制策略才能取得良好的控制效果。PID控制算法具有原理简单，调节精确的优点，但快速性不理想；Fuzzy控制算法具有无需建立被控对象的数学模型，对非线性、时变性系统具有一定的适应能力及快速性好的优点，但准确性不令人满意。本设计针对锅炉温度控制的特点与难点，将Fuzzy控制与PID控制算法相结合，构建了Fuzzy-PID复合控制策略，并在我校研制的基于现场总线的过程控制系统（涵盖了温度、压力、流量、液位四大过程参数）中进行了实践研究，结果表明，将Fuzzy控制与PID控制有效结合，是解决温度控制系统性能的一种有效途径。
2 系统组成原理
锅炉温度系统由上位机、下位机和被控对象等组成，如图1所示。上位机装有WINCC监控软件、Step7软件，完成系统的监控和控制程序设计。 下位机选用西门子S7-300PLC作为系统的控制器，由PS307电源模块，CPU315-2DP现场总线模块，SM323开关量8入/8出模块，SM331模拟量8路输入模块，SM332模拟量4路输出模块等组成，完成系统的启动、停止、保护，Fuzzy控制算法，PID控制算法等控制功能。被控对象由带内胆、外胆的锅炉，晶闸管调功器，水系统，加热器，pt100温度检测变送器等组成，完成接收控制信号、实施温度控制，反馈温度检测信号等功能。
图1 锅炉温度系统结构图
系统工作原理是Fuzzy-PID控制器输出的控制量，实时调节晶闸管调功器的控制角，来控制加热器上电压的高低，达到控制锅炉温度的目的；pt100温度变送器实时检测锅炉的温度并反馈给控制器，构成温度闭环控制系统。
3 Fuzzy-PID复合控制器设计
3.1 控制策略确定
考虑到锅炉温度控制系统的特点，采用Fuzzy-PID复合控制策略，其基本思想是在大偏差（e＞±5C°）时，采用Fuzzy控制算法，充分发挥Fuzzy控制器快速性好、适应能力强的的特点；在小偏差（e<±5C°）时，采用PID控制算法，充分发挥PID控制器原理简单、调节精确的特点。二者的转换用软件根据给定的的偏差（e0=±5C°）自动实现，为了尽可能避免在控制策略切换时引起的扰动，采取了当Fuzzy控制策略向PID控制策略切换时，调节器的输出将保持Fuzzy控制策略下的输出值UF，直到PID控制器输出│UPID│≤│UF│ ;当PID控制策略向Fuzzy控制策略切换时，调节器的输出将保持PID控制策略下的输出值UPID，直到Fuzzy控制器输出│UF│≥│UPID│。系统方框图如图2所示，温度给定量为TR，温度反馈量为yT，误差信号e和误差变化率信号ec，控制量为UK，被控量为TT。
图2 锅炉温度控制系统方框图
3.2 Fuzzy控制策略
当系统温度的绝对值大于5C°时，采用模糊控制算法。模糊控制器选用双输入单输出控制方式，以温度误差e和误差变化率ec作为输入变量，以UF作为输出变量。模糊子集为E=EC=UK={NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}={负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，其论域为e=ec=uF{-3，-2，-1，0，1，2，3}，或写成e：[-Xe，Xe], 变化率ec:[-Xec，Xec]， uF：[-UF，UF]。隶属度函数采用三角分布函数。根据实际经验总结得到49条推理规则，采用if—then语句表达形式，得到控制变量UF的模糊控制规则表，如表1所示。
（1）if E is NB and EC is NB then UF is PB or
（2） if E is NB and EC is NM then UF is PB or
┇ or
L
C
技
术
网
|
可
编
程
控
制
器
技
术
门
户
|
十
万
P
L
C
工
程
师
的
共
同
选
择
！