基于模糊PID控制器的风力温度控制系统simulink建模与仿真

1.课题概述

        当房间的温度不能保持目标温度时，这个系统中的某个部件肯定出现问题了，也许是过滤器太脏引起压强差过大，冷风不能进入房间，也许是管道不够密封了，也许是风扇出现问题了，很多种情况，需要通过诊断判断出到底问题出在哪里。例如：

外的温度保持恒温 18ºc， 室内运行计算机，有散热，需要室内温度保持：

在 23ºc，当室内温度大于 23 ºc 小于 28 ºc 电风扇开一档；

当室内温度大于 28 ºc 小于 33 ºc 电风扇开二档；

当室内温度大于 33 ºc 小于 40 ºc 电风扇开三档。

各个部件在运行过程中的输入输出参数为：温度，压强，风速，通风量，对于风扇还有频率，转速。

2.系统仿真结果

3.核心程序与模型

版本：MATLAB2022a

02_019m

4.系统原理简介

       基于模糊PID控制器的风力温度控制系统是一种结合了模糊逻辑和比例-积分-微分（PID）控制理论的先进控制系统。该系统旨在通过智能调整PID控制器的参数来优化风力发电设备的温度控制性能，从而确保设备在各种工况下都能稳定、高效地运行。

4.1 模糊逻辑控制原理

       模糊逻辑控制是一种基于模糊集合理论的控制方法，它能够处理不精确或模糊的信息。在风力温度控制系统中，模糊逻辑控制器通过接收温度误差和误差变化率等模糊输入信息，并根据预定义的模糊规则库进行推理，输出模糊控制量来调整PID控制器的参数。

4.2 PID控制原理

       PID控制器是一种经典的反馈控制器，它通过比较设定值与实际输出值之间的误差，并根据比例、积分和微分三个环节的组合来调整控制量，从而减小误差并使系统趋近于设定值。PID控制器的数学表达式为：

4.3 模糊PID控制器原理

        模糊PID控制器结合了模糊逻辑和PID控制的优点，通过模糊逻辑控制器动态调整PID控制器的参数，以适应不同的工况和扰动。具体来说，模糊PID控制器的设计包括以下几个步骤：

确定模糊输入和输出变量

      通常选择温度误差 e 和误差变化率 ec 作为模糊输入变量，选择PID控制器的参数调整量 ΔKp​、ΔKi​ 和 ΔKd​ 作为模糊输出变量。

模糊化处理

将输入变量 e 和 ec 模糊化为模糊集合，通常使用三角形或梯形隶属度函数进行模糊化。

建立模糊规则库

       根据专家经验或实验数据，建立模糊规则库来描述输入变量与输出变量之间的关系。例如，当 e 较大且 ec 也较大时，应该增加 Kp​ 以加快响应速度；当 e 较小且 ec 也较小时，应该减小 Kp​ 并增加 Ki​ 和 Kd​ 以提高稳态精度。

模糊推理

       根据模糊输入和模糊规则库进行模糊推理，得到模糊输出变量 ΔKp​、ΔKi​ 和 ΔKd​ 的模糊集合。

清晰化处理

       将模糊输出变量清晰化为具体的数值，通常使用重心法或最大隶属度法进行清晰化。

调整PID参数

      将清晰化后的 ΔKp​、ΔKi​ 和 ΔKd​ 加到初始的PID参数上，得到调整后的PID参数，并用于计算控制量 u(t)。

4.4 整体系统概述

整个系统基本结构如下：