常用温度操控办法原理
常用PID调理器/温控仪操控算法包含惯例PID、含糊操控、神经网络、Fuzzy-PID、神经网络PID、含糊神经网络、遗传PID及广义猜想等算法。惯例PID操控易于树立线性温度操控体系被控方针模型;含糊操控依据规矩库,并以必定或增量办法给出操控决议计划;神经网络操控选用数理模型模仿生物神经细胞构造,并用简略处理单元衔接成杂乱网络;Puzzy-PID为线性操控,且联络含糊与PID操控长处。
1、导言
温度操控体系是变参数、有时滞和随机搅扰的动态体系,为抵达满意的操控效果,具有很多操控办法。故对几种多见的操控办法及其优缺陷进行了剖析与比照。
2、多见温度操控办法
2.1 惯例PID操控
PID操控即份额、积分、微分操控,其构造简略有用,常用于工业出产范畴。原理如图1。
图1 多见PID操控体系的原理框图
显着缺陷是现场PID参数整定费事,易受外界搅扰,关于滞后大的进程操控,调理时刻过长。其操控算法需求预先树立模型,对体系动态特性的影响很难归并到模型中。
在中国大大都PID调理器厂家出产的调理器均为惯例PID操控算法。
2.2 含糊操控
含糊操控(Fuzzy Control)是以含糊集合论、含糊言语变量及含糊逻辑推理为根底的核算机操控。原理如图2。
图2 含糊操控体系原理框图
2.3 神经网络操控
神经网络操控选用数理模型的办法模仿生物神经细胞构造,用简略处理单元衔接构成各种杂乱网络,并选用差错反向传达算法(BP)。原理如图3:
图3 神经网络操控体系的原理框图
2.4 Fuzzy-PID操控
含糊操控不需知道被控方针的准确模型,易于操控不断定方针和非线性方针。PID实质是线性操控。将含糊操控与PID联络多,以Fuzzy-PID混合操控为例,据给定值与丈量值之差错e挑选智能操控器,依据e的改动挑选操控办法,当|e|≤emin或|e|≥emax时,选用PID操控;当emin≤|e|≤emax时,选用Fuzzy操控。其构造框图如图4。
图4 Fuzzy-PID混合操控构造框图
2.5 神经网络PID操控
在PID操控的根底上,参与神经网络操控器,构成神经网络PID操控器,如图5。神经网络操控器NNC是前馈操控器,经过对PID操控器的输出进行学习,在线调整自个,方针是使反响差错e(t) 或u(t)趋近于零,使自个逐步在操控中占有主导方位,以削弱或终究消除反响操控器的效果。
图5 神经网络PID操控构造框图
2.6 含糊神经网络操控
将含糊逻辑与神经网络联络,选用神经网络含糊逻辑推理网络模型和敏捷的自学习算法,经过网络的离线练习和在线自学习使操控用具有自调整、自学习和自习惯才干,抵达含糊智能操控。如图6。
图6 含糊神经网络操控体系构造图
2.7 遗传PID操控
遗传PID操控是将操控器参数构成基因型,将功用方针构成相应的习惯度,运用遗传算法来整定操控器的最好参数,不恳求体系是不是为接连可调,能否以显式表明。依据遗传算法的自习惯PID操控的原理框图如7。遗传PID温控体系将丈量值与给定值进行比照,用遗传算法来优化PID参数,然后将操控量输出,完结将PID参数串接构成无缺染色体,然后构成遗传空间中的个别,过经过繁衍穿插和变异遗传操作生成新一代集体,经过屡次查找取得最大习惯度值的个别。
图7 依据遗传算法的自习惯PID操控构造图
2.8 广义猜想操控
猜想操控(Predictive Control)是依据模型的核算机操控算法。其猜想模型有脉冲呼应模型、阶跃呼应模型、camRMA模型和CARIMA模型。依据CARIMA模型的广义猜想操控(GPC)是一种新式核算机操控算法。
3、多见温度操控办法的比照剖析
经过上述温度操控办法的原理剖析,表1给出各种温度操控特性与运用场合的状况。
温控仪操控算法 | 操控算法的操控特性 | 温控仪运用场合 | |
单 | 惯例PID拄制 | 长处:构造简略、有用,性价比高。 | 易于树立的线性温度操控体系的被控对 |
含糊操控 | 与传统的PID操控比照,呼应快,超 | 纯滞后,参数时变或非线性的温度操控 | |
神经网络操控 | 鲁棒性强,呼应速度快,抗搅扰才干 | 多变量、多参数、非线性与时变体系 | |
复 | Fuzzy-PID操控 | 具有很强的习惯性,只需知道有些常识 | 一些大滞后体系中主动寻优P、I、D参 |
含糊神经网络操控 | 动态呼应快,能抵达高精度的敏捷操控, | 需求不断批改操控参数的温度操控体系。 | |
遗传PID操控 | 调试便利,操控精度高,抗搅扰性强, | 寻求大局最优且不需任何初始信息的P、 | |
自习惯广义猜想 | 鲁棒性强,操控精度高 | 医用温度操控,如微波热疗中的 温度 | |
含糊、神经网络 | 含糊操控鲁棒性强。动态呼应与上升时 | 具有较太的滞后性,非线性、时定性的 | |
含糊、神经网络 | 完结温度随外界搅扰条件的乏化,实时的 | 对升温速度和恒温进程的精度恳求较高 |
将线性与非线性操控相联络。使温度能满意用户的精度恳求是温控体系的终究意图。在实习运用中,依据详细的运用场合、不相同的加热方针、不相同的操控恳求和操控精度,挑选不相同的操控办法。
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