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《西安工业大学》 2016年
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模糊PID控制在热疗仪流速控制中的应用研究

刘明慧  
【摘要】:近年来,恶性肿瘤是严重威胁人类健康的主要原因,如何有效地治疗癌症成为人类研究的难题。目前,治疗癌症的方式主要有放疗、化疗以及热疗。热疗仪是热疗的一种仪器,主要通过计算机控制灌注流速来实现治疗。由于人体组织比较精细,特别是在肿瘤组织侵蚀的情况下,对体腔的灌注速度不能太大也不能太小,太大会损伤人体的正常组织,太小则对癌性积液起不到冲刷作用。因此,如何提高流速的控制精度是热疗仪研究的重点。传统的自动控制主要依靠精确的数学模型来实现控制,而模糊控制作为智能控制理论的一种,主要依据人的思维,以及在相关专家知识和现场操作人员经验的基础上实现控制。模糊控制具有动态特性好、超调量小以及很强的参数适应能力等优点,但也存在控制精度不够高、易产生静差和稳态特性较低的缺点。而PID控制结构简单,控制效果较为稳定,并能够消除稳态误差,且具有较低的静差,但其动态特性不好,在控制过程中容易产生较高的超调量。为了克服上述两种控制算法的不足,本文将两者结合起来,设计出模糊PID控制算法。在控制过程中采用切换的方法,在误差相对值较大时,采用模糊控制;在误差相对值较小时,采用PID控制,实现对模糊控制和PID控制的优势互补,保证系统具有较好的控制效果。首先,本文研究了模糊控制和PID控制的一些基本理论,介绍了两种算法的原理和特性,同时分析了两者的优点和不足。其次,提出了模糊PID控制算法,在建立了系统传递函数的基础上,分别对模糊控制和PID控制系统详细设计并建模。然后,针对影响模糊控制和PID控制的参数进行优化和选择,根据仿真结果选择最佳参数,且在多组实验的基础上确定模糊PID控制系统的最佳切分点,并通过仿真验证了模糊PID控制算法的优势。最后,利用组态软件和PLC通讯的方式实现热疗仪流速的实时控制,并进一步验证了所提出算法良好的控制品质。实验结果表明:将模糊PID控制算法应用于热疗仪的流速控制中,不仅保证了系统具有较好的动态特性,也在一定程度上提高了系统的控制精度,使流速的控制更加精细,同时系统稳定性能也比较好,该算法完全优于模糊控制和PID控制算法。
【学位授予单位】:西安工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TP273;R730.5

【参考文献】
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