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重庆科技学院毕业设计（论文）开题报告题目 二级倒立摆系统的稳定控制 院 (系) 电子信息工程学院 专业班级 自动化2010-05 学生姓名 梁天阳 学号 2010441373 指导教师 吴明芳 2014 年 3 月 12日开题报告填写要求1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作开始后2周内完成，经指导教师签署意见及教研室审查后生效。2.开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网址上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3.学生查阅资料的参考文献理工类不得少于10篇，其它不少于12篇（不包括辞典、手册）。4.“本课题的目的及意义，国内外研究现状分析”至少1000字，其余内容至少1000字。毕业设计(论文)开题报告1.本课题的目的及意义，国内外研究现状分析1）本课题目的及意义随着社会的发展，我国的各行各业发展迅猛，而各种易燃易爆气体（天然气、煤气等）的存在场所也越来越多，如化工厂、加油站、煤矿等危险的工作场所。这些易燃易爆气体的存在不仅容易引起燃烧甚至会产生爆炸，造成人员伤亡和财产损失。环境问题已成为世界各国最重视的问题，各国也相继提出各种环保政策，我国也不例外，人们的环保意识也越来越强。然而易燃易爆气体中却存在着污染环境的成分，因此尽量的减少排放这种气体来保护我们的环境也十分的重要。为了防止事故的发生，也为了尽量减少环境的污染，有必要设计一种可实现天然气、煤气等易燃易爆气体的检测设备。本次易燃易爆气体监测仪的设计旨在减小仪器的体积、价格变低，并具有一定的智能化。这也适应了经济社会发展的要求，相信这样的仪表将会广泛的适用于市场。2）易燃易爆气体监检仪国内外研究现状分析近年来，随着经济的高速发展，仪器仪表产业也得到了快速发展，应用领域十分广泛，覆盖了工业、农业、交通、科技、环保、国防、航天航空及日常生活等各方面1。易燃易爆气体监测仪是其中的一种，常见的易燃易爆气体监测仪器仪表通常小型化、便携或固定式、独立工作或联成网络，广泛适用于家庭、商场、液化气站、煤气站、加油站等民用、商用需防火防爆、空气污染的场所2。随着技术不断发展，易燃易爆气体检测仪已经出现了很多种类：按检测原理分类，可燃性气体检测有催化燃烧型、半导体型、热导型和红外线吸收型等；按使用方式分类，有便携式和固定式；按功能分类，有气体检测仪、气体报警仪和气体检测报警仪3。目前半导体式气体检测仪具有一些缺点：稳定性较差，受环境影响较大；尤其，每一种传感器的选择性都不是唯一的，输出参数也不能确定，因此，不宜应用于计量准确要求的场所4。但半导体却具有价格便宜的优势。而催化燃烧式气体检测仪的缺点就是只能测量4浓度以下的易燃易爆气体。当空气中的易燃易爆气体浓度值超过4 后，元件就会发生“激活”现象造成永久损坏。使测量范围被局限在很有限的区间里在可燃性气体范围内，无选择性5。红外检测技术已经广泛使用，红外检测仪的性能也得到了极大的提高，在检测方式、气体选择性、抗中毒性、抗机械冲击性能、使用寿命及对环境的适应性上都比催化方式有本质的提高，与此同时，随着红外技术的成熟，其制造成本得到了降低。很多专业的气体检测厂家都拥有了基于红外检测技术的检测仪6。使用方式的不同所选择的检测仪便不同，目前使用最多的是固定式和便携式两种气体检测仪，一般大型的企业和生产线较多使用固定式，而小型的企业或需要随时移动则选用便携式。由于便携式仪器操作方便，体积小巧，可以携带至不同生产部位，电化学检测仪采用碱性电池供电，可连续使用1000小时，所以，作为这类仪器在各类工厂和卫生部门的应用越来越广7。随着技术的发展，气体检测仪的功能也越来越强大，现在已经出现了多功能气体检测仪，使用一个检测仪，设置不同的参数就可以测量不同的气体，还具有测量、显示及报警等功能8。未来一段时间，使用半导体和催化原理的气体检测仪器仪表依靠着价格优势仍会占据部分低端市场9。电化学传感器及检测仪器，在精度要求高的低浓度毒性气体、有机蒸汽、酒精气体、氧气监测领域综合优势突出。红外气体传感器及仪器适用于监测各种易燃易爆、二氧化碳气体，具有精度高、选择性好、可靠性高、不中毒、不依赖于氧气、受环境干扰因素较小、寿命长等显著优点。这些优点将导致电化学、红外原理的气体检测仪器占领更广泛的行业高端市场，并在未来逐步成为市场主流。据不完全预测统计，未来几年国内每年各行业使用红外原理气体检测仪器仪表的需求量将达到170万台(套)，市场容量约为68亿元；使用电化学原理的气体检测仪器仪表的需求量将达400万台(套)，市场容量约为56亿元，前景广阔、增长迅速10。总之，从气体检测仪器仪表的发展可以总结为：小型化、便携式、智能化、选择性好、可靠性高、寿命长、价格低等方面发展，具有广阔的市场潜力和发展空间，机遇和挑战并存，伴随我国经济的快速发展，也将迎来更大的繁荣。毕业设计(论文)开题报告2.本课题的任务、重点内容、实现途径 1）本课题的任务要求1.二级倒立摆系统建模，确定控制方案；2.设计电控系统的电气原理图；3.仿真模块选择及参数设置；4.在Matlab/simulink中设计控制系统的结构图；5.在Matlab/simulink中调试该控制系统；6.撰写论文，答辩2）本课题重点内容、实现途径结合固高实验设备，在Matlab/Simulink环境下建立二级倒立摆系统的仿真模型，选择不同的极点配置和不同的采样周期进行仿真研究，并在IMULINK仿真平台上对这些控制算法的效果进行仿真，分析量化因子等对模糊控制器的影响，主要完成以下三大块内容：1. 分析二级倒立摆系统的构成，建立其数学模型；2. 利用经典控制理论设计球杆系统的控制器，进行仿真与实验；3. 对控制方法进行优化，在Matlab/simulink环境下进行仿真，实验结果与理论分析结果进行比较得出相应的结论。毕业设计(论文)开题报告3. 预计可能遇到的困难，提出解决问题的方法和措施1) 预计可能遇到的困难（1）软件编写 在软件设计中要完成语音提示、LCD显示等软件编程。这些模块在以前的学习中很少用到，对于它们的软件编程比较困难。（2）干扰信号处理 干扰信号来源很多，很小的干扰信号经过放大就会影响输入输出的信号，对检测仪的检测精度造成影响。但是如何处理干扰信号是一个 难解决的问题。（3）调试 这是设计中最重要也是最关键的一个环节，由于以往的调试经验很少，如何调试使整机调试后能够达到设计的要求也是很困难的。2) 解决问题的方法和措施（1）软件编程中，首先查找语音提示、LCD显示等模块的相关资料，对这些模块的工作原理进行了解，并通过网上此类模块相应程序的理解，最后结合设计要求编写程序。（2）干扰信号的处理，可以从硬件和软件两个方面来处理。硬件中可以设置滤波器将信号进行滤波处理，还可以在信号放大时采用差分放大来减小干扰。软件编写中则用通过算法来减小干扰，如采样时刻应多采集几组数据取平均值或算术平均值来减小误差。（3）调试时，先分别进行硬件调试和软件调试，再联机调试。硬件调试：先静态调试，检测电路板电气原理和线路的正确性，并核对元器件的型号、规格和安装是否符合要求，加电后检查各插件引脚的电位、通讯接口等，然后再进行联机调试；软件调试：在调试某一个任务时，将系统初始化修改成只激活该任务，即只允许与该任务有关的中断。这样，系统中只有一个任务运行，对发生的错误就容易定位和排除。然后，可在程序中设置断点，并用断点方式运行程序，以便找出程序中的问题所在。其他的任务也采用同样的方法调试，直至排除所有的错误为止；硬件和软件调试后再整机调试。毕业设计(论文)开题报告4.完成本课题所需工作条件（如工具书、计算机、实验、调研等）及解决办法 1)工作条件 （1）工具书 Keil C51、C+等相关编程资料、书籍。 传感器相关资料、书籍。各个硬件的相关资料。Protel软件指导书籍、资料。（2）软件 KeilC51编程软件。 Protel绘图软件。（3）硬件 计算机 单片机 相关硬件设备及元器件2)解决办法（1）工具书可以通过学校图书馆和网上资源获得。（2）计算机和相关硬件设备由老师提供或购买。3)参考文献1 球杆系统GBB1004实验指导书，冯小英2 系统建模与仿真 张晓华编著，清华大学出版社2006，123 王海英.控制系统与仿真MATLAB语言及应用.东北林业大学出版社 2001年4 乔廷婷等，自适应神经网络控制器在球杆控制系统中的应用，长春工业大学，2009.035 胖永新，球杆系统的建模、仿真与控制器设计J，武汉大学学报：工学版，2005，24（6）：142-146.6固高科技（深圳）有限公司先进教学设备与系统事业部，球杆系统与自动控制原理实验Z.2002.7刘越，球杆系统控制策略的综述M.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2005.8Matlab7.x界面设计与编译技巧，李显宏，电子工业出版社，2006.129彭秀艳、宫彬，球杆系统的控制方法研究，哈尔滨工程大学，2009.1210张莲等，自动控制原理。北京：清华大学出版社，200811 Matlab实用教程控制系统仿真与应用，于浩洋等，化学工业出版社，2009.512 王青,崔海华,基于遗传算法的球杆系统最优控制器的设计,实验技术与管理，2009.0613 张俊，测试技术与自动化仪表。重庆理工大学，200914 刘克平、史鹏飞，球杆系统自适应遗传PID控制，控制工程，2009.03毕业设计(论文)开题报告5.进度计划（或工作方案分析） 第12周 收集资料，完成开题报告第34周 外文资料翻译第55周 球杆系统建模，确定控制方案第57周 设