电气控制 开题报告

1、山东科技大学本科毕业设计（论文）开题报告题目基于通用控制平台的虚拟控制对象设计专题一电子钟及储液罐学院名称信息与电气工程学院专业班 级电气工程及其自动化（定单）2008-2学生姓名学 号指导教师陶安利填表时间：2012年4月25日填表说明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）工作前期完成，经指 导教师签署意见、相关系主任审查后生效。学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用A4纸打印。参考文献不少于8篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于2篇）。开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。设

2、计（论文）题目基于通用控制平台的虚拟控制对象设计专题一电子钟及储液罐设计（论文）类型（划“J”）工程设计应用研究开发研究基础研究其它V一、本课题的研究目的和意义虚拟控制对象技术是设计制造领域的一种高新技术。传统新产品的设计需 要经历“概念设计-物理样机实验-重新设计与完善”这样反复的设计流程，最终 才进行实际样机的投产，设计周期长，投入人力物力成本大，已经不适应于当前 激烈的竞争。采用虚拟样机技术，可以结合用户需求，用最短时间开发出用户接 受的产品。本课题组根据对实际控制对象进行现场调试的经验，针对当前高校电气信息 类专业实验教学装置的不足，采用虚拟样机技术，综合运用电子技术、计算机控 制技术

3、、计算机技术、通信技术等技术成果，设计了基于C8051F单片机的虚拟控 制对象仿真通用平台。该实验平台在同一硬件基础上集成不同控制对象的仿真算 法，教学实验中能仿真诸如流水灯、电子钟、电机、电梯、耦合加热器、等多种 实际控制对象，对提高我国普通高校电气信息类实验教学装备水平具有重要意义。二、本课题的主要研究内容（提纲）1.通用硬件平台的设计。硬件部分，能够用作通用控制器或虚拟控制对象， 具有采集常见电量信号（模拟量、开关量、频率量）并能够输出电压或电流型控 制量。通用硬件平台接口完备，应包括：（1）多路开关量输入输出接口。（2 ）多路模拟输入输出接口、异步通信口、人机接口。（3）硬件设计自带保

4、护功能，接线错误时不至于损坏；操作方便，可容易进行关键模块的更换；接口丰富，可扩展性强。2.在硬件基础上，选择某一实际控制控制对象进行仿真。详细分析被控对象的硬件连接、仿真算法，控制器的硬件连接、控制算法及控制流程，计算机根据 控制器和控制对象的数据，将控制对象的运动过程及物理规律以动画或曲线等形 式呈现。三、文献综述（国内外研究情况及其发展）国内虚拟样机技术的应用研究属于起步发展阶段，而开发可集成多种控制 对象仿真的通用平台，将会对推动国内高校及科研单位开展虚拟样机技术的研 究和普及起到示范引领作用。据不完全统计，目前国内有34家科研机构、高等 院校和企业正在开展虚拟样机技术的研究。国家86

5、3/CIMS主题组也将“制造系 统的可视化、虚拟建模与仿真”确定为研究重点。国家自然科学基金也有专门 的研究课题。国内以清华大学、上海交大为主的高等院校正在开展基础技术研 究，正处于理论体系初步研究阶段。国内很多高等院校和公司积极开展了虚拟控制装置和实验装置的研究。由于 研究的出发点以及侧重的方面不同，他们研究的成果都各具特色和优势，同时存 在一定的不足。例如，浙江天煌教仪公司研制的THJ-2型高级过程控制系统试验装置9, 该装置可以完成的实验项目有：仪器仪表检测实验、调节阀流量特性实验、数 学模型测试实验、温度位式控制实验、温度（流量、压力、液位）单回路实验 以及温度一液位等项目，不足之处就

6、是体积过于庞大，控制系统软件不够丰富。 系统包括流量、温度、液位等热参数，可实现系统参数辨识、单回路控制、串 级控制、前馈控制、比值控制等多种控制形式。国外虚拟样机技术于上世纪九十年代初开始发展，其研究和应用迅速得到 许多研究机构及软件供应商的重视。目前，国外虚拟样机相关技术的软件化过 程已经完成，较有影响的有美国机械动力公司（Mechanical Dynamics Inc, MDI ） 的ADAMS, CADSI的DADS,德国航天局的SIMPACK等等。西方国家，将虚拟样机技术应用在飞机、汽车等领域并获得了成功，取得了良 好的经济效益和社会效益。虚拟样机技术的应用非常广泛，特别是成本高，系

7、统 复杂的飞机制造业对虚拟样机的需求最为迫切。l 994年Boein9777在世界f:首 次借助虚拟样机技成功取代大型物理模型，保证了机翼和机身的一次接合成功， 缩短了数千小时的研发周期，开创了虚拟样机技术研究应用的先河。1997年美国 克莱斯勒汽车公司开发了 “克菜斯勒数据可视化”仿真软件平台，在对新产品“98” 型汽车进行检查时，发现了 1500处零部件的干涉情况，制作第一个实物模型前 改进了大鼍的设计错误，大大地缩短了产品设计周期。四、拟解决的关键问题本设计主要解决的问题是（1）对平台的硬件电路部分设计，包括模拟量输入/输出通道、开关量输入 输出通道、脉冲量输入/输出通道、人机接口、外存

8、储器、通信模块等的设计。（2）大量软件开发工作需要完成。诸如网络通信、USB通信、人机界面程序 设计等，应该对各功能模块独立开发模块程序，这些都是平台运用中关键的工作， 只有软硬件工作做的完备，才能使平台功效最大发挥。（3）将各种控制算法应用到试验中，尤其是现代先进控制算法。在以开展的 PID模拟调节器数字化及应用基础上，深入研究PID算法的参数整定；开展诸如 模糊控制、神经网络控制、自适应控制、人工智能等先进控制方法的研究。五、研究思路和方法调用不同的仿真对象软件，虚拟控制对象能够接受控制器输出的控制量，经 仿真算法形成特定受控对象的响应，且将此种响应转换为与指定的传感器相一致 的电信号输出

9、，回馈给控制器。控制器与控制对象和计算机连接，运行过程的参 数可以在计算机显示，参数可设置或修改；以这些数据为基础，可以进行动画演 示。硬件电路的控制器能够采集过程控制对象传感器输出的0V-10V模拟电压量、 4-20mA模拟电流量和开关量，运行控制算法，计算出控制量，输出电压、电流、 开关量等控制信号，用以控制被控对象的工作或运行状态；控制对象运行反映某 特定对象的仿真算法，输出反映自身工作或运行状态的模拟电压量、模拟电流量 或开关量。计算机强大的数据计算功能、图形显示功能、多任务软件运行功能以及数 据通信和网络通信功能，选择计算机作为硬件下位机数据的处理中心，运算的 中间结果和数据能够在计

10、算机软件上显示出来，这些数据能够保存到数据库； 控制对象的工作或运行状况，以动画、曲线等形式显示出来，生动的观察到控 制效果；计算机具有通用串行总线（USB）、串行口、网络等通信方式，因此 硬件下位机的数据可以方便传输到计算机，通过计算机和一定总线连接形式， 组成网络，方便集中管理。六、本课题的进度安排第1-6周：毕业实习；第7-8周：上网及图书馆查找相关资料，完成开题报告；第6-11周：完成课题的硬件各模块的电路设计；第12-13周：完成电子钟及储液罐的控制器及控制对象设计；第13-14周：VB、VC的软件编程及组态动画设计；第15-16周：对设计内容进行总结，编写毕业设计报告，准备答辩。七

11、参考文献刘汉伦.网络化控制系统通用仿真平台研究D.武汉：华中科技大学，2004童诗白，华成英.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社,2005OP07型低噪声高精度运算放大器.天水天光半导体有限责任公司(八七一 厂)，2008张毅坤，陈善久，裘雪红.单片微型计算机原理及应用M.西安：西安电子科 技大学，2004石东海.单片机数据通信技术从入门到精通M.西安：西安电子科技大学出 版社，2003封亚斌.采用串口通信技术实现Modbus数据通信J.自动化仪 表，2004 (l0):5658.龚沛曾，陆慰民，杨志强.Visual Basic程序设计简明教程M.北京：高等教 育出版社,200415kV ESD-Protected,Sl