關注+星標公眾號，不錯過精彩內容
編排 | strongerHuang
溫度傳感器在我們現實生活中應用非常廣泛，小到ic芯片內部集成溫度傳感器，大到各種家電、工業設備安裝溫度傳感器。今天就給大家分享一下溫控儀中幾種常見的溫度控制算法。常用PID調節器/溫控儀控制算法包括常規PID、模糊控制、神經網絡、Fuzzy-PID、神經網絡PID、模糊神經網絡、遺傳PID及廣義預測等算法。常規PID控制易于建立線性溫度控制系統被控對象模型；模糊控制基于規則庫，并以絕對或增量形式給出控制決策；神經網絡控制采用數理模型模擬生物神經細胞結構，并用簡單處理單元連接成復雜網絡；Puzzy-PID為線性控制，且結合模糊與PID控制優點。溫度控制系統是變參數、有時滯和隨機干擾的動態系統，為達到滿意的控制效果，具有許多控制方法。故對幾種常見的控制方法及其優缺點進行了分析與比較。PID控制即比例、積分、微分控制，其結構簡單實用，常用于工業生產領域。原理如圖1：明顯缺點是現場PID參數整定麻煩，易受外界干擾，對于滯后大的過程控制，調節時間過長。其控制算法需要預先建立模型，對系統動態特性的影響很難歸并到模型中。在我國大多數PID調節器廠家生產的調節器均為常規PID控制算法。模糊控制(Fuzzy Control)是以模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎的計算機控制。原理如圖2。昌暉儀表YR-GFD系列傻瓜式PID調節器使用的就是模糊控制算法。神經網絡控制采用數理模型的方法模擬生物神經細胞結構，用簡單處理單元連接形成各種復雜網絡，并采用誤差反向傳播算法(BP)。原理如圖3：?模糊控制不需知道被控對象的精確模型，易于控制不確定對象和非線性對象。PID本質是線性控制。將模糊控制與PID結合多，以Fuzzy-PID混合控制為例，據給定值與測量值之偏差e選擇智能控制器，根據e的變化選擇控制方法，當|e|≤emin或|e|≥emax時，采用PID控制；當emin≤|e|≤emax時，采用Fuzzy控制。其結構框圖如圖4。在PID控制的基礎上，加入神經網絡控制器，構成神經網絡PID控制器，如圖5。神經網絡控制器NNC是前饋控制器，通過對PID控制器的輸出進行學習，在線調整自己，目標是使反饋誤差e(t) 或u(t)趨近于零，使自己逐漸在控制中占據主導地位，以減弱或最終消除反饋控制器的作用。暉儀表YR-GAD系列人工智能調節器/溫控儀使用的就是神經網絡PID控制控制算法。將模糊邏輯與神經網絡結合，采用神經網絡模糊邏輯推理網絡模型和快速的自學習算法，通過網絡的離線訓練和在線自學習使控制器具有自調整、自學習和自適應能力，達到模糊智能控制。如圖6。遺傳PID控制是將控制器參數構成基因型，將性能指標構成相應的適應度，利用遺傳算法來整定控制器的最佳參數，不要求系統是否為連續可調，能否以顯式表示。基于遺傳算法的自適應PID控制的原理框圖如7。遺傳PID溫控系統將測量值與給定值進行比較，用遺傳算法來優化PID參數，然后將控制量輸出，實現將PID參數串接構成完整染色體，從而構成遺傳空間中的個體，過通過繁殖交叉和變異遺傳操作生成新一代群體，經過多次搜索獲得最大適應度值的個體。預測控制(Predictive Control)是基于模型的計算機控制算法。其預測模型有脈沖響應模型、階躍響應模型、CAMRMA模型和CARIMA模型。基于CARIMA模型的廣義預測控制(GPC)是一種新型計算機控制算法。通過上述溫度控制方法的原理分析，下表給出各種溫度控制特性與應用場合的情況。 | | |
| | ?優點：結構簡單、實用，性價比高。
?缺點：魯棒性不強；適應性不快；協調
?性不夠好等 | |
| ?與傳統的PID控制相比，響應快，超
?調量小，魯棒性強 | ?純滯后，參數時變或非線性的溫度控制
?系統，如干燥機、工業爐等的溫度控制 |
| ?魯棒性強，響應速度快，抗干擾能力
?強，算法簡單，易于用硬件和軟件實現 | ?多變量、多參數、非線性與時變系統
?如：電阻爐的溫度控制等 |
| | ?具有很強的適應性，只要知道部分知識
?即可建立BP算法 | ?一些大滯后系統中自動尋優P、I、D參
?數，如管式加熱爐的溫度控制 |
| ?動態響應快，能達到高精度的快速控制，
?具有極強的魯棒性和適應能力，穩定性好 | ?需要不斷修正控制參數的溫度控制系統。
?如熱電偶校驗儀等控溫裝置 |
| ?調試方便，控制精度高，抗干擾性強，
?較高的穩定性能 | ?尋求全局最優且不需任何初始信息的P、
?I、D參數尋優溫控系統中，如陀螺溫
?控系統 |
| | |
| ?模糊控制魯棒性強。動態響應與上升時
?間快，超調小，PID控制器的動態跟蹤
?品質好和穩態精度高 | ?具有較太的滯后性，非線性、時定性的
?溫度控制系統，如高分子聚合 物反應
?溫度控制等 |
| ?實現溫度隨外界干擾條件的乏化,實時的
?調節網絡和控制規律的功能，具有良好
?的溫度跟蹤性能和抗干擾能力 | ?對升溫速度和恒溫過程的精度要求較高
?的控制系統，如淬此爐溫度控制等 |
將線性與非線性控制相結合。使溫度能滿足用戶的精度要求是溫控系統的最終目的。在實際應用中，根據具體的應用場合、不同的加熱對象、不同的控制要求和控制精度，選擇不同的控制方式。http://blog.sina.com.cn/s/blog_c687c00e0102w5oz.html
聲明：本文素材來源網絡，版權歸原作者所有。如涉及作品版權問題，請與我聯系刪除。------------?END?------------
●專欄《嵌入式工具》
●專欄《嵌入式開發》
●專欄《Keil教程》
●嵌入式專欄精選教程
關注公眾號回復“加群”按規則加入技術交流群，回復“1024”查看更多內容。
點擊“閱讀原文”查看更多分享。
