摘要：工业控制过程当中随处可见温度的存在，温度控制影响着生活的舒适度也影响着各种工业生产过程的结果好坏。因此，温度控制是工业领域当中绕不开的一个话题，而人们为了控制温度最常使用的方法就是PID控制，因为PID控制方便易用、结构简单并且鲁棒性强，为此，PID控制被广泛地应用在各种温度控制场合中。

但是因为温度控制存在着大惯性等特性以及模型与实际过程有所区别，在考虑各种干扰因素之后，就连最常使用的PID控制也会遇到各种各样的问题。比如整定PID控制参数就是一个难题，PID控制参数的整定往往需要有经验的人来操作；如果工业控制系统的条件发生了些许的变化，PID控制也不能调节控制去适应。为此我们在已经有的研究成果的基础上，引入其他的控制方式。诸如模糊PID，Smith预估控制等控制方式对温度对象进行控制，以提高控制效果，达到控制的要求。

本文研究的温度控制对象是基于实验室的电加热水箱温度控制对象，首先对温度控制对象进行机理建模，在分析温度控制系统的机理特性建立一阶惯性加纯滞后模型。随后利用最小二乘法对模型的传递函数进行辨识，将未知参数K、T、τ辨识成功，辨识出系统的控制模型，以备仿真控制使用。

本文选择的控制方式是：PID控制、模糊PID控制、Smith预估控制和自适应Smith预估控制等方法，对这几种方法进行研究与比对，并且充分利用MATLAB的仿真优点，对温度控制对象进行仿真控制，从而根据实验结果对其进行分析。通过三者的比较，最终证明了自适应Smith预估控制对温度对象的控制效果是最好的，调节过后，系统的输出特性超调量较小、调节时间短、鲁棒性强而且受到外界干扰的影响也很小。

最后，总结了整个毕业设计的全部工作并且对温度控制进行深一步的展望。

关键词：最小二乘法，PID，模糊PID，Smith预估控制，MATLAB仿真

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论-1

1.1 课题研究现状及发展趋势-1

1.2 本课题研究的意义和价值-3

1.3 本课题中包含的社会、经济、环境等因素-3

1.4 本课题的难题以及作者所做工作-4

第二章 温度控制方法介绍-1

2.1 常见测温控制算法简介-1

2.2 PID控制-2

2.2.1 PID 控制原理-2

2.2.2 整定PID参数-3

2.3 模糊PID控制-4

2.4 Smith预估控制-4

第三章 温度对象的建模-7

3.1 过程控制系统建模简介-7

3.2 建模的目的和基本办法-7

3.2.1 建立数学模型的主要目的-7

3.2.2 建立模型的基本方法-7

3.3 温度对象建模机理分析-8

第四章 温度对象的参数辨识-10

4.1 参数辨识的定义-10

4.2 参数辨识的基本原理-10

4.3 参数辨识的内容-11

4.4 最小二乘参数辨识原理-12

4.5 开环回路测试最小二乘法-14

第五章 仿真结果与分析-17

5.1 MATLAB简介-17

5.2 PID控制仿真-17

5.3 Fuzzy PID控制仿真-19

5.3.1 Fuzzy PID控制规则设计-19

5.3.2 Fuzzy PID仿真与结果分析-26

5.4 Smith控制仿真-26

第六章 总结与期望-30

6.1 全文总结-30

6.2 工作期望-30

参考文献-32

致    谢-33

附    录-34