温度控制器范文

温度控制器范文第1篇

关键字：电烘箱；温度控制；单片机

1 引言

温度是一个基本的物理常量，是工业对象的主要被控参数之一。在冶金、化工、机械、食品等各类工业中，广泛使用这种加热炉、烘箱、恒温箱等，他们均需要对温度进行相应的控制。利用所学知识，应用电路仿真的软件设计一个电烘箱的温度测试及控制器，经过软件编程及硬件调试，使其具有温度测量及控制的作用，达到准确而迅速按所定要求进行温度控制的目的。

2 系统设计框架

设计以AT89S51单片机为核心研制的一种电烘箱温度控制器。采用数字式温度传感器DS18B20对温度进行监测，由继电器对加热丝电流进行通断控制，使电烘箱温度控制在恒定值。

3 系统硬件设计

3.1 单片机控制系统

电烘箱温度控制器以单片机为控制中心，AT89S51单片机作为本设计的核心控制器件，它是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

3.2 温度传感器测量电路

在本设计中，采用美国Dallas半导体公司继DS1820之后推出的一种改进智能温度传感器DS18B20作为温度检测元件，测温范围为-55～125℃，最大分辨率可达0.0625℃。

3.3 显示模块电路

液晶显示模块不仅显示直观方便，而且与单片机连线方便，无需驱动电路，占用口线也相对与LED数码管减少许多，其连接电路如图3所示。

3.4 继电器驱动电路

继电器用于控制加热丝电流的通断具有价格低廉，控制灵活方便，驱动简单的优点。本设计中继电器的驱动电路如图4所示。三极管基极为高电平时三极管导通，继电器线圈通过电流，触电从4脚切换到5脚，使加热丝通以电流，并可使LED阴极为低电平，LED点亮，作为电热丝加热状态指示。

3.5 键盘电路

本次设计即采用多功能键的设计方法，节省了按钮数量，简化硬件线路，缩小了系统规模，只是编程变得更复杂些。本次设计键盘电路如图5所示。

由于采用复合式键盘设计的方法，一个按钮具有多个功能，如BUT4及BUT5即可对设定温度值进行加数或减数，又可对设定保温时间进行加数或减数操作。这样就减少了按钮数量，缩小了系统规模，操作也更灵活简单。

4 系统软件设计

4.1 液晶模块LCD1602驱动程序设计

由于MPU 可以直接访问模块内部的IR 和DR，作为缓冲区域，IR 和DR 在模块进行内部操作之前，可以暂存来自MPU 的控制信息。这样就给用户在MPU 和控制设备的选择上，增加了余地。模块的内部操作由来自MPU的RS、R/W、E 以及数据信号DB决定，这些信号的组合形成了模块的指令。

4.2 温度传感器DS18B20驱动程序设计

根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位操作，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500us，然后释放，当DS18B20收到信号后等待16～60us左右，后发出60～240us的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。

4.3 键盘驱动程序设计

键盘的工作过程可以分两步：第一步是CPU首先检测键盘上是否有键按下；第二步是再识别是哪个键按下，其程序流程图如图8所示。

4.4 总体控制程序设计

主程序main函数在烘箱温度控制系统中起着主要的控制作用。在进入main函数后，首先对寄存器进行初始化，然后进入while循环，循环执行某些程序并等待中断。

5 结论

本设计控制温度范围为-55℃～125℃，控制精度为1℃。通过按钮可设定电烘箱保温温度，保温时间（从00：00到99：59可任意设定）。在保温时间内，温度超过设定温度的一定范围（可选择±1℃、±2℃、±3℃、±4℃）则继电器工作，加热丝电路接通或断开，即加热或停止加热。保温时间到则断开继电器，停止加热。

经过电路设计、程序调试及Proteus仿真运行，此电路工作较为稳定，控制方便及时，精度较高，满足对电烘箱温度控制的要求。

参考文献

[1]刘文涛.单片机应用开发实例.北京：清华大学出社，2005，9

[2]彭为.单片机典型系统设计实例精讲.北京：电子工业出版社，1998.133-142

[3]赵茂泰.智能仪器原理及应用.北京：电子工业出版社，2004，58-69

作者简介

温度控制器范文第2篇

关键词：退火炉 高精度温度控制器 PID控制器 钢管参数修正器

引言

退火炉当今冶金和机械等行业常用的工业热处理设备，一般的退火工艺都是产品成型的最后一道工序，它的效果直接影响产品的质量，因此，退火炉的为产品提供准确的升温是至关重要的，必须根据退火炉的工艺升温曲线。

一、退火炉概述

退火是钢铁企业冷轧产品生产过程中的一道工序， 而退火炉是连续退火机组极其关键的设备，退火炉炉温控制效果直接影响冷轧产品的质量，是连续退火控制关键技术之一。

由于退火炉本身大惯性、大滞后的特点，给其炉温的高精度调节带来了难度。 目前在国内的炉温控制中， 占主导地位的仍然是传统简单的 PID 温度控制器。 但传统的 PID 控制技术在处理退火炉这样非线性、 大时滞性且难以建立准确数学模型的控制对象时，存在着固有的缺陷，易造成振荡、超调等现象。在常规的退火炉控制当中，一般采用自动控制的方法，这样不仅可以有效的减短生产周期，降低成本，还能够最大程度上的减少污染，对建设可持续发展的科技社会做出了贡献。特别是我国，我国是世界上的工业制造大国，因此，研究性能高的退火炉温度控制系统是非常必要的。

二、温度控制器结构

高精度温度控制器主要由以下几部分构成：模糊控制型 PID 控制器、基于数据表的带钢参数修正器及快速升温、降温调节器、燃气压力补正器等。

三、温度控制器具体操作

1、模糊控制型 PID 控制器

PID 控制是传统的工业控制最经典的控制方法之一，结构简单，成本较低优点。但是，这种常规的控制器适于小时延的稳定调节过程，但对于退火炉炉温控制这样具有迟滞性、振荡的被控过程，控制效果不佳。为此，采用经典的 PID 控制与模糊控制相结合的方式，能够实现自动控制，既能够解决上述的问题，又能够在控制过程中，比常规的控制方式调节的时间短，而且稳定性好，误差小，最终达到最佳的控制效果。

（1）PID控制器

整个 PID 控制器的原理：由比例环节、微分环节和积分环节组成，然后经过三个环节之后给出一个输出，送给被控对象。然后整个控制器根据输出的结果与设定值进行对比，如果有偏差，就会反馈到比例、积分、微分三个环节之中，进行再调节，组成了一个闭环的回路。

（2）模糊控制的优点

模糊控制是现在工业控制中一种自动的控制，而且应用范围比较广泛，不仅应用在工业控制中，而且应用在家电的产品中。作为熟悉的操作员来讲，不需要了解被控对象是否是精确的数字模型，只需要具有很熟悉的操作经验就可以完成这个比较复杂的控制过程。如果能够将这些熟悉的实际经验总结一下，用语言描述一下，就可以制定出符合被控对象的模糊控制库。

（3）模糊 PID 控制

在响应时间上和超调量上，模糊控制与常规的 PID 控制相比，具有更短、超调量更小的优势，而且在控制过程中，被控对象不需要被了解，参数的变化不是很敏感，与 PID 调节器相比，模糊控制器的响应时间更短、超调量更小。模糊控制的鲁棒性很强，适应性很强，对于一些非线性、时变有干扰的系统，模糊控制都可以进行控制，但是模糊控制在控制时，其控制的量无法直接对被控对象进行控制，需要借助一些常规的控制方法。研究基于模糊 PID 控制的退火炉温度控制系统，把常规的 PID 控制的优点：响应速度快，稳定性能较好等特点与模糊控制的鲁棒性强、适应能力强结合起来，鉴于退火炉自身的结构特点，进行控制，最终使系统的控制效果较佳。

系统第一次经过 PID 控制后，得到误差和误差率，误差和误差率经过模糊化处理，再进行模糊推理和反模糊化，得到 PID 三个参数的变化量，这三个变化量与之前初始的设定值相加后重新进行第二次 PID 调节，最终输出结果传给被控对象，整个系统是一个完整的闭环控制系统，将设定的指标与结果的指标的偏差 e 以及偏差变化率 ec 作为模糊控制系统的输入，将 Kp、Kd、Ki 三个参数作为输出输入给 PID 控制器，然后再传给 PID 控制器。

四、基于数据表的带钢参数修正器、快速升/降温调节器

生产中由于带钢规格及运行参数、工艺设定参数改变而引起的炉温波动及调节具有可预见性，若在参数变化时提前给温度控制器输出一个预设定值，抑制炉温的偏差变化，既可增加炉温的响应速度，亦可减小炉温的波动。 预设定值可基于查询退火炉保温参数表及带钢工艺参数表相关数据并通过计算得出，数据表中数据根据退火炉调试及生产期间真实记录所得，也可根据经验预先设定。

1、带钢参数修正器

修改包括 2 方面： ① 生产过程中带钢牌号修改，各段炉温设定值及带钢速度需根据具体情况中工艺设定值修改；②牌号未更改，由于某故障因素造成带速的急速下降，及故障排除后带速的急速上升。当生产过程中带钢参数发生变化时，带钢参数修正器先将 PID 置于手动模式并直接将 PID 输出赋值于计算获得的理论负荷值，随后将 PID 转入自动模式对炉温设定值进行跟踪调节。

2、快速升 / 降温调节器

此调节器主要用于当退火炉由保温状态转换至生产状态，或由生产状态转至保温状态时，需炉温快速上升至工艺温度值或快速下降至保温温度的情况。

五、煤气压力修正

退火炉采用煤气辐射管进行加热， 当煤气、空气压力在稳定值时，煤气空气在烧嘴内混合燃烧产生的火焰长度最佳，烧嘴工作在额定状态下，传热效率最高。 实际生产中，受煤气外管网压力波动的影响，或管网煤气减压阀组工作特性的影响，会造成退火炉的煤气压力发生改变。 至退火炉煤气压力过高时，会使调节阀关至最小开度值后至烧嘴的煤气压力仍旧偏高，造成烧嘴内火焰长度增长，烧嘴燃烧超出额定状态，在炉段负荷给定值未发生改变的情况下炉温升高；煤气压力过低，调节阀开至最大仍无法达到额定压力，造成烧嘴火焰减小，烧嘴热功率及热效率降低，使在炉段负荷给定值未发生改变的情况下炉温降低。

结语

火炉在金属热处理当中是非常重要的一道工序，因为金属经过适中温度的热处理之后就会有很好的物理性能，较低的温度，会使材料的受热不均匀；过高的温度，会使金属过烧。但是当前常规的温度控制器，其控制参数不是整定困难就是根木无法整定，因此不能得到满意的控制效果。同时，传统的 PID 控制技术在处理退火炉这样非线性、 大时滞性且难以建立准确数学模型的控制对象时，都存有固有的缺陷，易造成振荡、超调等现象。因此，使用高精度的温度控制器是形势要求，本文主要分析了一种高精度温度控制器的结构，望对相关人员有学习借鉴意义。

参考文献

[1]朱f. 连续镀锌线退火炉炉膛温度控制[J]. 自动化与仪表，2013，06：38-41.

[2]段英宏，刘秀红，康绍杰，高明辉. 基于TSIC506的高精度温度检测系统的设计[J]. 现代电子技术，2013，13：134-137.

[3]张强，梁秀霞，赵羽佳，王萌. 基于模糊自整定PID的连续退火炉温度控制系统[J]. 自动化技术与应用，2014，08：29-31+38.

[4]孙浩. 智能供暖系统户端温度控制器的设计与研发[D].昆明理工大学，2014.

温度控制器范文第3篇

关键词：油式变压器；温度控制器

1 引言

近二十年来，油式变压器得到了迅速的发展。由于油式变压器较油浸式变压器显出更多的优点，它在中、低配变中得到了广泛应用。据统计，目前在我国运行的油式变压器有4万多台，而且每年将以l万多台的数量增加。随着社会的发展，科技的进步，及人们对供电能力及稳定性要求的提高，对变压器的安全、可靠运行及使用寿命也有了新的要求。油式变压器的运行不稳定或故障主要因为变压器长时间运行时负荷增加或电力系统故障使变压器的绕组温度超过绝缘材料的耐热极限而使绝缘材料失效，从而造成变压器出现故障[1]。因此，对变压器的运行温度进行实时监测、控制以及对故障进行相应的处理是十分重要的。

油式变压器温度控制器是随油式变压器而发展的，它主要用于对油式变压器的保护，防止其绕组温度过高而损坏变压器。此外，它还具有综合测温和显示功能，可显示三相绕组的温度（包括最高温度、整定温度以及用户设定的温度），能指示超温、超高温、故障状态，通过远距离测量传送数据实现保护。随着计算机控制技术在这方面的应用，温度控制系统达到自动化、智能化，比过去单纯采用电子线路进行PID调节的控制效果要好得多。在此，本文介绍一种以微处理器DS80C390芯片为核心作用的WTZK-0.1温度控制器，如图1。

图1 WTZK-0.1温度控制器

2 WTZK-0.1温控器的原理

WTZK-0.1温度控制器设计思路是：采用埋在三相绕组线中的Pt100铂电阻温度传感器对三相绕组温度实时测量，将温度信号转换为DC4～20mA标准的电流信号，在经过前级电路处理后A/D转换并送入单片机，由单片机发送命令，完成循环显示三相绕组温度、三相中的最高温度与设定比较，执行相应的动作。

：风机停止温度； ：风机启动温度； ：超温报警温度； ：超高温跳闸温度。当三相绕组的最高温度

风机停止工作；当

即变压器温度未被降低，而且已经超过报警门限，此时，超温报警常开触点闭合，并由蜂鸣器和指示灯发出报警信号，还可手动启动和停止风机，可保存变压器断电时的三相温度值（温度低于80℃不刷新记录），可检测传感器断线和短路并发出报警信号。

3 温度控制器的硬件构成

WTZK-0.1温控器整个硬件电路由控制主板、掉电保护电路、传感器测温电路、风机控制电路、报警跳闸电路、和电源等部分组成[2]，硬件结构框图如图2所示。

图2 WTZK-0.1温控器硬件结构

3.1 核心部分

WTZK-0.1温控器以微处理器DC80C390为核心，它具有以下几个主要的优点：① 向下兼容80C52；② 最大系统时钟频率可达到40MHz，内嵌DSP计算引擎；③ 增强的存储器体系结构：内部具有4K的RSAM，外部可扩展4K的程序存储空间及4M的用户数据空间；④ 具有两个全功能CAN2.0B控制器，除标准的11位或29位报文描述符以外，芯片还支持两个分开的8位媒介屏蔽寄存器和媒介仲裁寄存器；⑤ 高度集成；⑥ 抗EMI措施。内部具有频率乘法器，与80C52相比，在获得同样的钟频率前提下，它可以大大的降低外部晶振频率。

3.2 测温部分

精确地测温是控温的前提。由于铂电阻温度传感器测温精度高、稳定性好，有较大的测量范围，易于使用在自动测量和远距离测量中。WTZK-0.1温控器采用的是Pt100铂电阻温度传感器，测温范围是-200～650℃，测温精度达到0.5%FS。其电阻特性方程如下：

但在通常的测量中，电阻温度的关系一般用近似的线形关系表示。在外接引线较长时，为减小误差，常采用三线式电桥连接法或四线电阻测量电路。

3个Pt100分别埋在变压器的三相绕组中，把检测到的温度信号转换为DC4-20mA标准电流信号，经过集成运算放大器LM324和A/DICL7135转换等进行处理，最后送单片机。

3.3 超温、跳闸、故障及报警部分

该部分是温控器的重要组成部分，用以对异常情况及时动作，充分对变压器进行保护[2]。温控器内有3个常开式继电器，分别接上超温、故障和跳闸信号，如图3中所示。当某相有信号时，常开触点闭合，执行相应的动作。为了引起操作人员对异常信号的注意，WTZK-0.1的DS80C390的P1.4引脚装置了声光报警系统，由S8050三极管来驱动，主要用来对超温、跳闸和传感器故障进行声光报警，同时控制面板上相应的指示灯点亮，对异常情况区别。

图3 WTZK-0.1温控器超温、跳闸、故障及报警部分

3.4 通讯部分

通讯部分采用RS-485串行通讯，RS-485是一种抗干扰能力强、能有效延伸数据传输距离、便于实现多种通信的串行通信方式。其接口标准是一种多发送器的电路标准，它扩展了RS-422A的性能，允许双导线上1个发送器驱动32个负载设备（某些驱动器可接128个负载设备），负载设备可以是被动发送器、接收器或收发器，通讯距离可达1200m，这时传输速率为100kb/s，用中继器，可再延长距离。而且RS-485电路允许公用电话线通信，半双工的通讯方式又可节省信号线，所以特别适合远距离通信。MAX1487其组成的差分平衡系统抗干扰能力强，接收器可检测低达200mV的信号，是一种高速，低功耗，控制方便的异步通讯接口芯片。它适用于半双工通信，通信传输线上最多可挂128个收发器，其输入输出的差动电压符合RS-485标准，为±2～±6V。WTZK-0.1的通讯应用多机通讯技术，WTZK-0.1单元与监控主机采用一主多从、循环查询方式。只由监控软件召唤温控器数据，根据WTZK-0.1的地址依次发出各种命令要求，WTZK-0.1单元在接到命令后按照各项操作或上传数据。

3.5 电源部分

电源在智能仪器中具有特殊的地位，一方面它为系统提供正常工作所需要的电能；另一方面，它是各种电磁干扰传输的重要通道。为了突出电源的重要性，把电源作为智能温度控制器的一个子系统。在整个温控器有几个不同等级的电压，它们分别是首先对输入的220V进行整流，再通过电容滤波和7805、7905和7812等稳压器得到主板上各个芯片所需的直流电压。

在整个硬件电路设计中考虑到干扰的存在，采用了一系列的保护措施，如光电隔离。对于SD80C390采用X25045（可编程看门狗电压监控及EEPROM），X25045把常用的电压监控和EEPROM组合在一个单独的封装之内。

4 总结

试验表明WTZK-0.1温控器控制精度达±2%，不仅功耗小、质量轻、占空间不大、操作简便，而且功能比较齐全。该温控器可用于油式变压器，还可以用于各种端子箱、断路器、机构箱、箱式变电站及各种开关柜和中置柜等温度检测及控制的场合，它是一种新型的智能化温度控制器，且有着广泛的应用前景。

参考文献：

[1]王瑞堂、杨旭彬、李克智等，井下油式变压器常见故障及处理[J].机械管理开发，2012（5）：107-109.

温度控制器范文第4篇

关键词：PLC 温度控制系统 设计 应用

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（c）-0104-02

在传统的工业和机械生产温度控制过程中，人们发现温度调节往往是人为的手动调节，而且要求生产者们不间断的看守，费时费神，消耗了大量的人力。同时，过去这种人为手动调节，达不到优质高效要求，生产出来的啤酒口感差，对于生产过程中的各种工参数的修改与制定添加了很大的难度[1]。在现代化工业生产过程中，在已知的几种过程变量中，温度被视为是最重要的，因此在设计生产工艺时，温度的控制作常常是作为第一位的技术参数来考虑，而对于温度的控制，应用PLC是人们所认可的最好方法。怎样才能使用有限的人力、物力、财力来解决所遇到的问题。作者认为利用PLC控制器，发挥PLC的优点，对发酵罐温度进行自动操作控制，并且可实现“一机多控”的效果，程序运行结束后自动关闭。本文主要就是为了实现对其的设计，并且阐述其应用。

1 控制系统的组成合功能

目前在可编程逻辑控制器市场中，选择性较多，我国也有不少厂家推出可编程逻辑控制器产品，因此难以统一系列标准，产品在功能方面也是良莠不齐。在选择可编程逻辑控制器的过程中，需要对产品性价比进行综合性考量，选择功能齐全、可靠性高、负载能力满足需求且成本符合预算的。制造业的产品自动化检测实际上是一种基于数据的逻辑两控制。随着技术的不断进步，当前的可编程逻辑控制器的功能越来越丰富，可以实现包括矩阵运算、函数运算以及逻辑运算在内的一系列数学运算，可以对相关数据进行传输及转换，不仅如此，还具有查表、排序以及位操作等诸多功能，利用可编程逻辑控制器，可以实现对数据的收集、分析以及处理。对于数据，可以将其与保存在存储器中的参考值进行对比，进而开展相应的控制操作，除此之外，还可以借助通信功能向特定的智能装置传输这些数据，或者是直接对数据进行打印，并制成相应表格。通常情况下，数据处理主要应用在如无人控制的柔性制造系统等规模较大的控制系统当中，或者是适用于诸如冶金、造纸或者是食品加工等大型控制系统中。

PLC控制器在电气系统中早已成熟应用，并且有效地代替原始继电器，更成为电气控制的必然方向，PLC控制器本身的安全性极高，不易损坏。因此在实际生产中能获得更大的效益。PLC控制系统的成本少。合理地利用现有的PLC设备，仅需在少量投入资金来购买专用的通信电缆及ERPOM块就可以自行进行温度控制系统。全部费用也就几万元，一但设计成功，将可长期受益。

2 PLC温控系统的设计

2.1 PLC温度控制基本原理分析

系统框图如图1所示，经过放大、VF转换以后各个元件测得的虚拟信号传送到PLC上在指定时间内通过SPD计数，且由测温元件校对、计算，使得频率转换成温度值，获得生产所需真实温度，然后分别与机械生产所选温度曲线中需要的设定温度进行比较，通过PID指令进行运算，控制PLC输出点的导通时间，分别控制每个固态继电器SSR的输出，获得控温效果。控制加热主电源的通断是PLC控制接触器的开合来实现的。（如图1）

2.2 控制系统的组成

按照实际过程，可将冷却盘设置在啤酒发酵罐体的上、中、下三个部位，生产流程图如图2所示。全部的控制系统包括上位机和下位机两部分。一台微型计算机和一台打印机构成上位机。下位机为S7-300可编程的控制器。两部分通过Profibus-DP总线连接，组成整个温度控制系统，其中PLC控制，按照所需控制罐体的数量，可以使数台PLC亦可以是一台。（如图2）

2.3 控制系统的功能

（1）检测发酵罐体的上中下三个监测点的温度，达到自动控制的实现，检测罐内压力。整个过程按照：主酵双乙酰还原冷却酵母回收后贮的阶段。为使PLC温控系统系统控制精度更符合工艺要求，各阶段可设定曲线实行控制，同时采用滞后预估等控制方法[4]。

（2）计算机可以将发酵罐的工艺流程动态的显示出来，达到对发酵罐进行宏观管，如即温度、压力、进酒时间、酒龄及超限声光报警等。计算机还能够显示阀门的状态。

（3）当累积酒龄达到时，自动出信号，可以方便认为的执行后续操作。这是PLC控制系统对压力周期曲线和温度周期曲线的监控结果。

（4）按照发酵的实际技术要求对各个阶段的工艺参数进行报表处理。确保了系统的可靠性，提高了生产效率。

3 结语

伴随着自动控制技术的快速发展，很多生产过程中温度控制的自动化水平将有待提高，使系统外部结构简化，得到动态性能良好的、高的控制精度、稳定的控制效果、稳定可靠的工作系统等特点。嵌入式技术微电子的迅猛发展以及不断完善现的代控制理论，性能高的嵌入式处理器进行温度的智能控制将进入实际使用阶段，同时能在嵌入式处理器中加入繁琐的控制理论从而达到工业过程的精密控制。者认为利用PLC控制器，发挥PLC的优点，对工业机械生产中的温度控制进行自动操作，可实现“一机多控”的效果，且具有很好的稳定性，便于编制程序等优点，应用起来非常方便。

参考文献

[1] 孔晓鸣，许敬德，马金平，等.基于PLC和触摸屏的制冷空调产品检测装置控制系统[J].机械与电子，2009（1）.

[2] 任俊杰，李永霞，李媛，等.基于PLC的闭环控制系统PID控制器的实现[J].制造业自动化，2009（4）.

温度控制器范文第5篇

关键词：AT89C52单片机；温度控制器；模糊自整定PID

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.03.002

0 前言

对模糊控制进行分析可知，其通过对人类的模糊进行模仿，并在操作人员自然语言式经验总结的基础上，从而实现对输出输出变量的控制，将其与常规PID控制进行有积结合，并利用模糊推理判断的相关思维，对PID参数展开在线自整定处理，对于实现工业过程的精确控制具有重要意义。

1 系统控制原理

对基于自整定PID的温控系统原理进行如下分析：在一般PID算法的支持下，计算出既有系统的偏差与偏差变化率，分别以e和ec予以表示，根据模糊个则，展开e和ec的模糊推理，同时，实现对各类参数（主要包括KP、KI和KD，均为输出语言变量）的在线自整定。相关步骤为：将语言变量选定为e和ec，并定义以下几种模糊状态，分别为负强、负中、负弱、零、正弱、正中、正强，并分别以NB、NM、NS、Z、PS、PM和PB予以表示，并设定各模糊状态下组成的论域以{-1，-2，-3，0，1，2，3}表示，以正弱、正中、正强表示KP、KI和KD三个模糊状态，相应地，其所对应的论域则表示为{1，2，3}[1]。

自整定PID参数的控制规则如下：（1）系统温升过慢或温差变化较小，则增加KP；（2）若系统温升较快且难以达到稳定值，则增加KI；（3）若当温度值相对稳定时，系统温度输出存在波动，则应增加KD；（4）若控制器输出对干扰信号的反应具有较强的敏感性，则应适当减小KD。根据这一规则进行相应的操作，具体操作方法为，在不同e、ec情况下，归纳论域为{1，2，3}的三个输出变量的自整定要求，并以一具体采样时刻对应的偏差及其变化率计算三个输出变量，具体计算形式分别如式1、式2和式3所示。

2 模糊自整定PID控制器硬件设计

硬件结构以AT89C52作为主要控制器件，AT89C52单片机进行分析可知，其主要是由256B的RAM与一支持反复擦写的8kb只读存储器构成，其实质是一个8K字节闪烁且可编程和可擦出的只读存储器向外延伸的具有较低电压和较高电能的CMOS8位处理器，对于单片机本身而言，其通过应用ATMEL的高密度非易失现代存储器生产技术，在兼容MC-51这一通用工业标准的同时，也能够对相关指令集予以兼容[2]。笔者所设计的温度控制器扩展8kb数据存储器使其随机存取器的容量达到264B，在并行接口电路8155A芯片的支持下将显示电路、AD数模转换器和键盘予以扩展，在进行数模转换后，实现R-232C标准接口通信电路的工作。在控制器方面，其具体工作过程为：单片机对由温度传感器传出的电压信号进行采集，通过对数据处理程序进行调用进行A/D转换，将当前温度值予以显示，并将这一数值传至上位机，对于采样值而言，其则在单片机模糊推理获得具体控制值后，由单片机将具体的温度控制信号发送至执行机构。

3 基于自整定PID的温度控制器软件设计

首先，给出系统主程序的设计方法，其主要由三种中断组成，即串行通信中断、温度传感器采样温度信号中断和初始温度终端服务程序，每次在计算机完成温度采集后，则会发出相应的穿串行通信信号的请求，并将所采集的温度信号传送到和系统相连的上位机中予以显示。

其次，是对定时器中断服务子程序进行设计，设置定时器的采样周期，在此过程中，考虑到电阻炉自身是纯滞后的延时系统，因此，为进一步提升系统稳定性，经考虑后，以8s作为单片机采样的具体时间间隔，而在抵达预先设定的时间后，则会由定时器将中断请求信号传至单片机中，单片机在接收到这一信号后，便会进入执行采样的终端程序。最后，是对模糊推理子程序的设计。控制器以双输入、单输出控制器为主，温度控制计算的具体步骤为：首先，对误差及其变化率的论域以及相关控制量的论域予以控制，并划分具体论域的实际变化范围，对于具有较高控制精度要求的PID温度控制器，可将相应的变化范围划分为7档，并确保各档同其所在论域中的某一元素相对应，至此，PID温控系统当中的实际测量参数则可被量化成论域所包含的元素[3]。其次，系统以离线计算的方式生成模糊控制表，在系统运行过程中，单片机主程序中断，而相应的查表子程序则被执行，进而获得最终控制量。

4 结论

本文通过基于模糊自整定PID控制器的控制原理进行阐述和分析，进而对以AT89C52单片机为主的模糊自整定PID控制器的硬件部分进行设计，在此基础上，对基于自整定PID温度控制器的软件部分展开了详细地设计和分析。研究结果表明，模糊自整定PID温度控制器通过将模糊控制规则与PID控制进行结合，能够有效提高温度控制器的控制精度。未来，还需进一步加强对自整定PID温度控制器的设计与研究，为提高工业生产过程中温度控制的稳定性和精度奠定良好基础。

参考文献：

[1]李岩，唐重和，刘克平.基于ARM9Linux系统的模糊自整定PID温度控制器的设计[J].长春工业大学学报（自然科学版），2013，03（14）：252-257.

[2]王伟.热处理炉模糊自整定PID温度控制器的设计及其仿真[J].常熟高专学报，2013，06（08）：47-49.

温度控制器范文第6篇

摘 要： 介绍了一种基于可编程片上系统（System-on-a-Programmable-Chip， SOPC）的智能温度控制器的实现。利用SOPC技术和FPGA内部的NIOS II软核处理器，实现对PID参数的智能整定、温度的实时检测和控制。与传统的解决方案相比，基于SOPC的小生境免疫PID温度控制器具有超调量小、调整时间短等优点，仿真实验验证了该方案的有效性。

关键词： 小生境； 免疫算法； PID整定； SOPC

中图分类号：TP18 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2016）07-38-03

Design of PID temperature controller with SOPC and niche immune algorithm

Bao Ke， Shen Xiaohui， Fang Yuan， Lai Haichao

（Zhejiang Provincial Testing Institute of Electronic information Products， Hangzhou， Zhejiang 310007， China）

Abstract： This paper introduces the implementation of an intelligent temperature controller based on SOPC （System-On-a

-Programmable-Chip）. The intelligent PID parameters tuning and the real-time temperature detection and control are realized by using SOPC technology and FPGA Nios II soft core processor. Compared with the traditional solutions， the SOPC based Niche Immune PID temperature controller has the advantages of small overshoot and short adjusting time. The simulation results have verified the effectiveness of the proposed method.

Key words： niche； immune algorithm； PID parameter tuning； SOPC

0 引言

在工业生产中，温度是应用最为广泛且最为重要的过程参数之一。由于温度具有大惯性、大滞后的特性，在进行PID控制时很难通过人工方式获取较优的PID参数[1]。通过遗传算法、一般免疫算法等智能优化算法对PID参数进行优化时，也面临着算法过早收敛、寻优能力不足等缺陷[2-3]。小生境免疫算法是将小生境机制引入到免疫算法基于抗体浓度的调节机制和多样性保持策略中的智能参数优化算法。将该算法应用于PID参数整定，可获取性能良好的PID参数。

在传统解决方案中，大多采用以单片机为核心的温度控制器[4-5]，但它们都很难解决小生境免疫算法实时整定PID参数所带来的性能开销问题[6]，而且单片机一旦确定芯片型号，其内部资源配置也随之确定，无法进行后续的系统升级。本文提出一种基于SOPC的小生境免疫PID温度控制器的设计思路和实现方法，在常规温度传感电路的基础上，以小生境免疫算法实时计算当前环境下最优的PID参数进行PID控制，并通过PWM方式实现温度调节。

1 系统硬件设计

本系统以FPGA为硬件核心。首先，由温度传感器采集温度参数，经A/D转换后送入FPGA中的NIOS II处理器，NIOS II处理器一方面将实际温度参数通过UART串口模块送至上位机，一方面根据温度偏差值运算小生境免疫算法得出最优PID参数，并控制PWM模块输出控制信号。系统构架如图1所示。

其中，On-Chip Memory作为程序的运行空间，Flash作为FPGA配置文件以及软核文件的存储空间。FPGA上电后将Flash存储的程序加载到On-Chip Memory中运行，CFI控制器核由SOPC Builder自带的IP核提供。采用SOPC Builder中提供的UART IP核作为与上位机通信的接口；采用第三方设计的PWM IP核用于对加热元件的脉冲调制。

本设计选用瑞士Sensirion公司的数字传感器芯片SHT11采集温度信号，SHT11将温度感测、湿度感测、信号变换、A/D转化和存储功能集成到一个芯片上，在芯片内自动进行A/D转换，无需附加外部电路即可连接FPGA。SHT11采用两线数字串行接口SCK和DATA，具体电路如图2所示。

4 结论

本文将SOPC技术和小生境免疫算法运用于传统的PID控制，提出了基于SOPC的小生境免疫算法温度控制器的设计方法，解决了温度控制中PID参数最优问题。通过小生境免疫算法的PID参数优化实验，验证了该算法下获得的PID控制器性能较优。

参考文献（References）：

[1] 文定都，曾红兵，何玲.基于遗传算法PID参数寻优的电加热

炉温度控制系统[J].电气自动化，2008.30（4）： 6-8

[2] 王鲜芳，杜志勇，潘丰.基于混沌免疫遗传算法整定PID参数[J].

计算机工程与应用，2010.46（13）：242-244

[3] 李猛，王琦，代冀阳.基于小生境混合遗传算法的PID参数整

定[J].计算机仿真，2009.26（4）：233-236

[4] 王皖慧.基于改进免疫算法的电阻炉温控系统的研究[D].浙

江理工大学，2012：1-6

[5] 方瑾孜，王蔚生.基于单片机的激光器精确温度控制系统设

计[J].电气自动化，2013.35（6）：82-83

[6] 刘洪杰，王秀峰，王治宝.改进的多模态遗传算法及其在投资

温度控制器范文第7篇

关键词：单片机；DS18B20；固态继电器；温度控制

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）10-0024-02

在漫长的冬季，特别是北方地区，如果室内暖气不理想的话，居室内温度会很低，这将在很大程度上影响到住户的正常生活与身体健康。这时，住户往往会使用一些诸如电暖器等用电设备来为家庭取暖。然而，目前市场上的电暖器往往只能完成加热这个简单的功能，特别是电暖器如果在使用者夜间休息时使用的话，很可能一整夜都在加热工作，这样不仅不安全，而且还造成了电能的浪费。如果有一种电暖器能够智能地完成加热工作的话（即当室内温度值低于一个最低正常值时，电暖器就自动加热；当室内温度值高于一个最高正常值时，电暖器就自动停止加热），将给使用者的生活带来很大方便与实惠。基于此目的，本文设计了一款温度控制器。系统的核心控制器使用AT89S52单片机，采用数字传感器DS18B20构成测温单元，并用数码管作为温度显示器，通过单片机的输出量控制固态继电器交流引脚的导通与断开，从而控制加热装置是否对室内进行加热操作，以达到调节室内温度的目的。

一、总体设计方案

该系统使用AT89S52单片机作为核心控制器，系统输入端包含电源模块和温度采集模块，系统输出端包含温度显示模块和温度控制模块。

二、系统硬件设计与实现

系统硬件电路由单片机最小系统单元、电源单元、温度采集单元、温度显示单元和温度控制单元构成，其总体电路图如图2所示。

（一）单片机最小系统电路设计

单片机的18引脚和19引脚接时钟电路，XTAL1脚是振荡器倒相放大器的输入，接电容和外部晶振的一端，XTAL2是振荡器倒相放大器的输出，接电容和外部晶振的另一端。9引脚为复位输入端，接上电容，电阻能够形成上电复位电路。31脚接高电平，选用片内程序存储器；20引脚为接地，40引脚为电源。电源电路采用桥式全波整流电路与7805稳压模块，向系统提供5V 工作电源。

（二）温度采集单元电路设计

温度采集单元使用DS18B20数字温度传感器，该传感器可以把温度信号直接转换成串行信号供单片机处理。DS18B20的引脚1接地，引脚2接单片机的P3.6引脚，电源+5V和引脚2之间接一个4.7k上拉电阻。

（三）温度显示单元电路设计

温度显示电路主要由2个4位共阳极LED数码管实现（设计时只使用其中的5位），可以显示出室内当前的温度值（可以精确到小数点后一位）。数码管的8位引脚通过74LS245与单片机P0口的8个引脚相连，其中74LS245的19引脚接地，1引脚接+5V高电平，保证数据传输方向是由A口向B口传输。数码管共阳极引脚通过8550三极管与单片机的P2口相连接。三极管作用是提高负载的驱动能力，以便数码管实现动态显示。

（四）温度控制单元电路设计

温度控制电路主要通过固态继电器实现，固态继电器的1、2引脚分别接电源+5V和单片机P1.2引脚，3、4引脚分别接三相插座与220V交流电源。当单片机的P1.2引脚为低电平时，固体继电器的1、2引脚导通，线圈得电，3、4引脚也导通，使三相插座得到220V的电压；当P1.2引脚为高电平时，固体继电器的1、2引脚与3、4引脚均断开，从而使插座失去220V电压。

三、系统软件设计

主程序首先对DS18B20进行初始化，然后DS18B20开始采集室内的温度值，随即完成采集到温度值的转换和传输。两个四位数码管实时显示数字温度计采集到的温度值，并与系统中预先设定的温度值进行比较，当温度值大于设定值时，程序返回继续采集温度；当温度值小于设定值时，单片机的控制端输出低电平，固态继电器交流侧导通，加热装置开始对室内进行加热。当检测到的温度值大于设定值时，单片机控制端输出高电平，固态继电器交流侧断开，加热装置停止加热。系统主流程图如图3所示。

四、结语

本文采用单片机AT89S52为控制核心，用DS18B20作为温度传感器，用2个8位数码管作为显示器，构成温度控制控制器。通过软件的编译与调试，加热装置接到本控制器时运行非常稳定，用在实际生活中，取得令人满意的效果。

参考文献

[1]王守中．51单片机开发入门与典型实例[M]．北京：人民邮电出版社，2007.

[2]张毅刚，彭喜元．单片机原理与应用设计[M]．北京：电子工业出版社，2008.

[3]颜世凡．基于单片机的温度远程显示系统设计[J]．科技创新导报，2010，（17）．

[4]周选红．应用单片机实现温度控制的理论与实验研究

温度控制器范文第8篇

关键词：潜望镜；温度传感器；保护玻璃；窗口比较器

概述

为了防止海水进入潜望镜内部，在潜望镜的光线入口处有一块能承受一定海水静压力的保护玻璃。当潜艇在寒冷的气候条件下使用潜望镜进行观察时，其头部窗口会很快地被凝结的冰霜所覆盖，过去唯一的解决办法就是降下潜望镜在海水中冲洗一下再升起观察。然而这种办法既不方便，效果也不理想，因为升起后不久就又被蒙上了。在极冷的气候下，如在北冰洋使用时，潜望镜会受到严重的影响而失去效用。解决以上问题的办法是在潜望镜中设置头部保护玻璃加温装置，其作用就是为潜艇潜望镜窗口保护玻璃提供除冰、化霜和去雾，保证潜望镜的正常使用。

温度控制系统

温度控制系统由潜望镜窗口保护玻璃上的加热导电薄膜、温度传感器和控制电路组成。由窗口玻璃对角线上的两支温度传感器AD590M测量窗口保护玻璃的平均温度，经过温度检测电路将传感器输出电流转化为电压，与双限电压比较器的阔值电压比较，显示保护玻璃的实际温度范围并控制继电器的工作，通过各继电器常闭、常开触点工作模式的转换，实现对窗口保护玻璃导电薄膜通电加热的控制。

导电薄膜

在潜望镜窗口保护玻璃上镀有透明的导电薄膜，在导电薄膜的周边镀有金属电极，在窗口保护玻璃的四个角上粘接有温度传感器，加热温控装置经过薄膜周边的金属电极向导电薄膜施加电压可控的交流电源，对潜望镜窗口保护玻璃进行加热。由于导电薄膜总是暴露于空气中，故存在膜层易受损伤和污尘的影响，通电后，加速了导电薄膜中自由电子的剧烈运动，使电能转换为热能，对保护玻璃起到加热作用。如果通电加热温度过高，时间过久，就会出现斑点状膜层脱落、短路甚至击穿，当潜望镜降入水中时，还容易产生玻璃的炸裂等现象。如果通电加热温度过低，时间过短，则不能达到迅速除冰、化霜和去雾的目的。要解决这一矛盾，除合适选择加热装置的功率外，加热温度的自动调节和监控是非常必要的，以适应不同的外界温度下加热的要求。

温度传感器的选择

半导体温度传感器主要有数字温度传感器和模拟温度传感器两种主要类型，并且每一种类型都包括许多种产品。数字温度传感器具有监视本地和远程温度等功能，已经在许多应用中取代了模拟输出温度传感器。然而模拟温度传感器能产生与温度成呈线性比例关系的电压或者电流信号，且无需附加线性化电路来校准传感器的非线性，因此模拟输出温度传感器在那些无需数字化输出的情况下也有广泛的应用，如AD590M电流输出温度传感器。

AD590M是美国模拟器件公司生产的一种单片集成两端电流输出温度传感器，其工作电压4～30V；测温范围－55～150℃；精度±0．5℃；具有标准化的输出，固有的线性关系(温度每变化1℃，其输出电流变化1BA)；输出零点为热力学温标零点，即－273℃时AD590M的输出电流为0μA，0℃时输出电流约为273μA。其高阻抗电流输出特性使它对长线路传输的电压降不敏感，因而可用于远程温度检测。

窗口玻璃温度测电路

潜望镜窗口玻璃温度控制电路如图1所示。

为了准确测量保护玻璃的温度，将窗口玻璃内侧四个角上的四支传感器AD590M中对角线上的两支并联，另外两支备用，构成测量平均温度传感器电路。测温电路的设计首先需要将电流转化为电压，由于电流输出元件AD590M电流与温度的对应关系为1μA／K，所以选取电阻R1=10k Ω／2=5k Ω，这个电阻上的压降约为10mv，即转换成10mv／k，电容C用于滤除噪声。

继电器线圈的两端分别与电源电压和输出晶体管的c极相连，当流经继电器线圈的电流突然减少的瞬间，在它的两端会感应出一个电动势，它与原电源电压叠加后加在输出晶体管的c、e两极间，使c、e极之间有可能被击穿，为了消除感生电动势的有害影响，在继电器旁并联一个二极管以吸收该感生电势，起到保护晶体管的作用。

运算放大器A1接成电压跟随形式以增加信号的输入阻抗。A2、A3组成窗口比较器，比较器A2的同相输入端与窗口的上门限Vh相连，比较器A3的反相输入端与窗口的下门限Vl相连，输入信号Vi同时加到比较器A2的同相输入端和比较器A3的反相输入端。

当Vi

当V1

KA4为一款多功能继电计时器H3RN－1，具有接通延时、间隔、闪烁断开一起动和闪烁接通一起动4种工作模式；计时范围为0．1秒至10分钟；控制输出为单刀双掷形式；额定电源电压为直流12V、24V，交流24V；额定电流3A电阻负载。

当Vi>Vh时，A3输出为高电平，VT1、D5截止，A2输出为低电平，VT2截止，VT3、D4导通，与VT3所接的继电器KA3得电吸合，KA3的常闭触点KA3－1断开，不对保护玻璃上的导电薄膜通电加热，指示灯LED3亮。

调试

为了减少电流输出型温度传感器AD590M自身发热的影响，宜采用较低的激励电压，因此由三端稳压器LM7805C的输出电压作为AD590M的激励电压，此电压同时作为比较器上、下限阈电平Vh、H1的参考电压，这样可以克服因电源波动对上、下限阈电平Vh、H1的影响，从而提高测温精度。调整时，用红外温度计对保护玻璃的表面进行温度测量，同时用数字万用表测量相应的输出电压，当温度为10℃时，所测量的输出电压作为下限阈电平H1，当温度为30℃时，所测量的输出电压作为上限阈电平Vh，反复数次，取上、下限阈电平Vh、H1的平均值确定Vh、H1。

结语

保护玻璃温度控制系统应用模拟温度传感器AD590M设计的电路结构简单、工作司靠、调试方便，与数字温度传感器作为保护玻璃温度传感器相比较，由于模拟温度传感器设定的加热温度范围(上、下限阈电平Vh、H1宽，在潜望镜窗口周围温度较高只需去雾的情况下，具有突出的实用性优点，因而对于潜望镜保护玻璃需要长线路传输的温度检测系统具有实际的应用价值。

参考文献：

1．张坤石等：潜艇潜望镜，国防工业出版社1983

2．如何选择温度传感器，电子技术，2005(5)

3．姬波，高有堂：用ispPAC10实现电桥测量的电路设计，现代电子技术，2004(17)

4．吕广平，徐笑貌：集成电路应用500例，人民邮电出版社，1988

温度控制器范文第9篇

【关键词】旋阀;电伴热;温控器

1.简介

化工某装置有两条生产线，每条生产线都有中间料仓出口下料旋阀，因正常运行时其物料温度必须控制在60±5℃，所以旋阀泵体装有电伴热器，通过温度控制器来控制、调节温度，温度控制不好将影响整个生产线的平稳运行。

图1

2.电加热器控制原理

该装置的下料旋阀的电伴热采用的是电阻丝加热方式，加热绕组直接缠绕在设备表面，外面加装保温层。电加热控制系统由一个高温保护控制器T1和一个温度控制器T2以及 一个测温探头组成，如图1，T2温控器温度设置为60℃，当测温探头检测到旋阀泵体温度低于55℃时接点闭合开始加热，高于65℃时接点断开停止加热;T1温控器温度设置为200℃，作用是一旦T2发生温度高于65℃其接点打不开故障时，保护阀体不会因温度太高而烧坏，但其常闭接点一旦动作后需要打开接线盒手动复位，目的是找出动作的原因。

3.发生的故障及原因分析

该加热器自投用以来，运行不是很稳定，工艺人员总是反映阀体温度不稳定，经过一段时间的观察和分析，主要故障一是阀体温度达到65℃时T2接点打不开，造成对泵体持续加热，直至T1动作，而T1又需要手动复位，造成工作量加大;二是温度控制器T2工作不灵敏，温度低于55℃时有时不能自动加热，原因是T2自动返回机构经常卡阻，也需要打开接线盒手动复位，这些故障都给生产带来极大的影响。经过分析判断，确定出现这两种故障的主要原因都是T2工作不稳定造成的，

图2

4.故障处理

由于T2温度温控制器工作不稳定，动作不可靠，阀体的温度时高时低，不能满足工艺生产的要求，而且严重影响了装置的平稳生产。前期在没有好的备件情况下，经和工艺商量同意后，我们将T2常闭接点端接，给设备强制加热，工艺人员监控温度，当达到65℃以上时，手动断开电源开关，等温度低于55℃时再合上电源开关，这样一来加大了操作人员的工作强度，并不是一个长久之计。

后来经过选型，决定使用BARTEC温度控制器（如图2所示）。

这种温控器的特点一是接线简单，二是温度设定便捷，三是一旦有故障处理较方便。

在实际处理中，我们将T2改造更换为BARTEC温度控制器，直接将BARTEC温度控制器接在图1中端子的6和4之间，使用自带的温度探头，将温度设定在60℃，调试正常后通电运行，旋阀设备的温度控制比较好，能够满足工艺生产的要求。

5.结论

改造后经过半年的跟踪观察，BARTEC温度控制器能够满足低温时自动加热，高温时自动停止的控制要求，阀体的温度也完全能够符合工艺生产要求。小小的改造解决了困扰生产的大问题。

参考文献

[1]BARTEC温度控制器.

温度控制器范文第10篇

关键词：粉煤灰法；回转窑；Smith预估；模糊控制；仿真研究；

中图分类号：TF341.6;TP273文献标识码：A文章编号：1000-7059(2006)05-00

0前言

回转窑的生产过程是一个复杂的物理化学反应过程，具有大惯性，纯滞后，非线性等特点，工艺过程复杂多变，难以得到精确的数学模型。目前，部分氧化铝企业仍然借鉴现场操作人员的工作经验，通过人工调节的方式以求适应回转窑生产工艺要求，这种传统的控制策略不易获得满意的控制效果，生产效率低、能耗高、产品质量不稳定。本文提出一种基于智能Smith预估器的回转窑烧结温度控制器，通过对整个控制系统的仿真研究，结果表明新的控制系统具有很好的快速性和很小的超调量，能够满足回转窑工艺生产的需要．

1智能Smith预估控制策略

1.1 Smith预估器改进算法

Smith预估器最早是由O.J.M.Smith在1958年提出来的，它是一个时滞预估补偿算法[1]。为克服Smith预估器对模型误差敏感的缺点，由C.C.Hang等提出了改进的Smith预估器[2]。当改进的预估器输入存在误差时，传递函数分母的最后多了一个 因子，调整滤波时间常数 可改变闭环系统特征方程的根，从而达到提高控制系统性能的目的。

1.2 滤波时间常数 对系统的影响

预估器中引入了一个一阶惯性环节，当系统参数在运行中发生变化时，原先设定的滤波时间常数 不一定能使系统的动态性能达到最佳，只有根据变化情况相应调整 ，才能使系统得到更好的控制效果。在仿真研究的基础上，本文进一步采用模糊控制方法在线调整改进Smith预估器的滤波时间常数 ，最终构成一个专门针对纯滞后、时变系统的智能控制方案，如图1所示。改进的模糊Smith智能控制方法结合了模糊PID控制与自适应Smith预估器，该方案对诸如电加热温控这样的参数时变的大时滞过程，能够改善系统的控制性能，使系统具有更强的鲁棒性。

图 1 改进的模糊Smith智能控制结构图 图2 参数变化时控制系统的响应曲线

2.3 的模糊自适应设计

根据上一节的分析，可以先根据 和 的值，确定是否需要引入一阶惯性环节，如果不需要，则令 ；如果需要引入惯性环节来提高系统控制性能，则根据 和 的值对滤波时间常数 进行实时调整，本文的控制中采用如下调整公式

在调整过程中，应注意不能使 为负值，而且为增强系统的鲁棒性，可以给设定一个最小值，根据经验，一般取最小值为 。

的值可以采用模糊控制器对 和 进行模糊推理得到， 和 即为模糊控制器的输入，模糊化后为 与 ， 是模糊控制器的输出。它们的模糊论域定义为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，，0，1，2，3，4，5，6}，模糊子集定义为{负大，负小，零，正小，正大}＝{NB，NS，ZO，PS，PB}。对于一个实际的系统，可以确定 、 和 的基本论域，从而确定模糊控制器输入变量的量化因子和输出控制量的比例因子，其控制规则如下：

当 负大， 负大，应增大 ，即 =PB，控制规则为：

If=NB and=NB then=PB

当 正小， 为零，此时不宜引入惯性环节，即 =NS，控制规则为：

If=PS and=ZO then=NS

如此类推，可得到25条控制规则，如表1所示如此类推，可得到25条控制规则，如表1示：

表 1滤波时间常数整定规则

模糊推理采用Mamdani推理方法，反模糊化采用重心法。

3 粉煤灰法回转窑烧成温度控制器仿真研究

本文基于最小二乘法，利用MATLAB仿真软件，通过现场收集到从下料到窑况平稳间的一些具有代表性、普遍性和一定密度的燃料用量与烧成带温数据样本，建立出烧成带的温度数学模型。

当被控对象模型参数的放大系数、时间常数同时增大40%时，图2是模糊Smith智能控制算法的响应曲线，从图2可以看出，基于模糊Smith智能控制器控制系统的响应曲线在超调量、上升时间、及调节时间均满足工艺要求。

4 结论

本文提出的模糊Smith智能控制系统，充分发挥了模糊自整定PID算法动态性能好、抗干扰能力强、稳态精度较高的优点，同时采用了模糊推理的方法调整改进型Smith预估器的滤波时间常数 ，改善了Smith预估器对模型参数的过于依赖性，将使Smith预估器在实际工业过程控制中得以更广泛的应用。

参考文献：

1 单 王鹏 杜钢. Smith-Fuzzy控制器在回转窑温控系统中的应用[J]. 材料与冶金学报.2003

2 邹志军．基于模糊控制的Smith预估器的改进研究和设计[D]．合肥工业大学硕士学位论文，2005．

3 马中华. 基于稳态工作点的回转窑智能操作应用研究[D]，济南大学，2008.

4 商丹，高永清. 回转窑煅烧带温度控制器的设计与仿真[J]，工矿自动化，2009，(1)：30-32.