杜倩的开题报告.doc

毕业设计（论文）开题报告 课题名称： 自动恒温快速水加热系统设计 学 院： 电气信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 杜 倩 学 号： 10-04-04 指导教师： 刘德君 二一四年四月二日 一、选题的意义及国内（外）的研究概况课题的意义温度是我们日常生活中最为熟悉的物理量之一，由此产生了多种温度测量方法，有玻璃温度计测量，半导体测温，红外辐射测温，热敏电阻测温等等。水温控制无论是在工业生产过程中，还是在日常生活中都起着非常重要的作用。过高或者过低的温度会给工业生产或者日常生活带来诸多不便，甚至是付出生命代价的事故。反之精确的水温控制不但会提高工业产品的品质以及生产效率，更会达到节约能源的目的。温度控制系统在工业控制中得到广泛应用,适用于机械、冶金、电力、化工、纺织、食品、陶瓷等行业。因此,研究温度控制系统有着深远的意义。在现代化的工业生产中经常涉及到温度的控制，有的控制系统甚至把温度作为唯一的控制参数，有的作为主要控制参数之一。而在工业控制中，作为温度控制的方式很多，其中PID类型的控制技术占据主要地位目前国内外的技术水平现状自 70 年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外时滞温度控制系统发展迅速，在智能化、自适应、参数自整定等方面已取得了成果1。在这方面，以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表，并在各行业广泛应用2。它们主要具有如下的特点：1）适应于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统的控制。2) 能够适应于受控系统数学模型难以建立的温度控制系统的控制。3) 能够适应于受控系统过程复杂、参数时变的温度控制系统的控制。4) 这些温度控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理论及计算机技术，运用先进的算法，适应的范围广泛3。5) 普遍温控器具有参数自整定功能4。借助计算机软件技术，它能够根据历史经验及控制对象的变化情况，自动调整相关控制参数，以保证控制效果的最优化。6) 时滞温度控制系统具有控制精度高、抗干扰力强、鲁棒性好的特点。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展4。时滞温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距5。目前，我国在这方面总体技术水平处于 20世纪 80 年代中后期水平，成熟产品主要以“点位”控制及常规的 PID 控制器为主，它只能适应一般的温度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变的温度系统6。而适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少5。目前，我国在时滞温度等控制仪表的发展与国外的差距主要表现在如下：1) 行业内企业规模小，且较为分散，造成技术力量不集中，导致研发能力不强，制约了技术的发展。2) 商品化产品以常规 PID 控制器为主，智能化仪表少，这方面同国外差距较大。目前，国内企业复杂的及精度要求高的温度控制系统大多采用进口温度控制仪表。3) 仪表控制在关键技术、相关算法及控制软件方面的研究方面较国外滞后。例如在仪表控制参数的自整定方面，国外已有较多的成熟产品，但由于国外技术保密以及我国开发工作的滞后，还没有开发出性能可靠的自整定软件，控制参数大多靠人工经验及现场调试来确定7。这些差距，是我们必须努力克服的。随着我国经济的发展及加入 WTO，我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，并通过合资、技术合作等方式，组建了一批合资、合作及独资企业，使我国温度等仪表工业得到迅速的发展8。二、本课题研究的关键问题及解决的思路1.研究的关键问题 由于在水温控制对象为一个大惯性、纯滞后对象，在动态过程中，跟踪性能和抗扰性较差。调节时间、恢复时间长，难以达到高性能指标。因此,怎样解决水温控制中的大惯性纯滞后问题，实现温度控制良好的动态特性和静态特性是本课题研究的关键问题。2.解决关键问题的思路采用闭环控制，运用积分分离式PID控制策略，另外采用精度高的数字式温度传感器，之后经过模数转换把温度信息传递给单片机，由单片机计算出系统偏差，通过PID运算，控制触发角改变电阻丝两端的电压实习温控制。系统控制框图如图1所示。输出c(t)输入r(t)控制器被控对象执行机构反馈监测图1闭环PID控制器的结构图计算机控制框图如图2图2 计算机控制框图其运行过程为，当设定某一温度的热电阻在正常运行时,由于各种原因,如电源电压的波动,周围环境温度的变化等,使温度发生变化,与设定值相比较，再经控制器计算，确定触发角,控制电阻丝上电压，调节温度,维持温度恒定。 三、完成本课题的工作进度计划设计总时间为十四周1、第一周：查阅文献资料，收集与课题相关的文献资料,对课题在国内外的现状做详细的调查,准备开题报告2、第二周：开始整理资料,掌握相关知识，书写开题报告3、第三周至第四周：学习自动恒温快速水加热系统的相关知识，了解水温控系统工作原理4、第五周至第六周：掌握恒温制器在温控系统中的应用，了解恒温控制的温度控制系统的工作原理5、第七周至第八周：查阅各硬件的相关知识。选择合适的硬件，并了解各元件的原理与应用。开始进行自动恒温水加热系统的硬件设计，画出硬件电路图6、第九周至第十一周：学习各种软件的知识，学会用软件模拟运行过程且进行各环节运行流程图设计7、第十二周至第十三周：开始撰写毕业设计,整理文献资料，写说明书、画图纸并作好收尾工作。完成毕业设计论文8、第十四周：作好准备，进行毕业答辩四、参考文献1 Morari M. Design of Resilient Processing Plants -J. Chemical Engineering Science,19932 Holt B R ，Morari M. Design of Resilient Processing Plants the Effect of Deadtime on Dynamic ResilienceJ. ChemicalEngineering Science, 19953 J F 斯库利著.邓左任等译.科学和工业中温度的测量与控制M.北京:计量出版社,19954 王永初.纯迟后单元以及补偿控制系统J.仪器仪表学报,1990 5 吕炳朝.纯滞后补偿控制系统抗干扰性能的改善M.自动化与仪器仪表,1994 6 王毅著.过程装备控制技术及应用M.北京:化学工业出版社,20017 胡寿松著.自动控制理论M.第三版.北京:北京国防工业出版社,19988 陶永华著.新型 PID 控制及其应用M.北京:机械工业出版社,20019 章卫国，杨向忠.模糊控制理论与应用M，西北工业大学出版社，199910 郭小华，韩安太一类非线性时滞系统的实时模糊控制器的设计J.控制工程，2004，11，(2):155-15811 张明君，张化光，薛必春，颜闽秀.提高模糊控制器控制精度的实用方法J. 控制工程，2004，11，(2):162-16412 V1neetfeliv.A Transformation Algorithmfor Estimating System LaPace TransformfromSma PledData.JIEEETrans.system，ManandCyberneties，1986，SMC-16(1)：186-17313 Astom KJ.Expert ControlJ. Automatieal，1986，22(3)：227-28614 胡国亮，陈久康.用MATLAB进行模糊控制器的设计和仿真J.基础自动化，2000，7，(l):15-2015 徐继涛，李忠. 电热器分类及使用成本分析，现代家电J， 2006，第 23 期：56-59五、毕业设计起止日期自 2014 年 3月15日起，至 2014 年 6 月 16日止。六、指导教师审阅意见指导教师(签字)： 年 月 日七、指导小组意见