梁子凡 開題報(bào)告

1、重慶大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 梁子凡20103370畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告爐渣熔化性能檢測(cè)儀串級(jí)智能控溫方法初步研究1、課題目的本課題是圍繞半球點(diǎn)法熔點(diǎn)儀研發(fā)中過程的兩個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行研究的：一是為半球點(diǎn)法熔點(diǎn)儀制作傳感器、信號(hào)變送和模型建立，實(shí)現(xiàn)串級(jí)控制，克服大擾動(dòng)對(duì)控制參數(shù)的負(fù)面影響控制品質(zhì)的分析。二是是在指定升溫速度下，對(duì)加熱功率進(jìn)行精確的控制。2、課題意義 大家都知道，爐渣完成冶金作用的好壞，主要決定于熔融爐渣的熔點(diǎn)、粘度、界表面張力、比重、電導(dǎo)率、熱焓、熱導(dǎo)率和組分及其活度。 在冶金爐渣的各種物化性質(zhì)當(dāng)中，熔點(diǎn)是尤其重要的一個(gè)性質(zhì)，它直接影響著爐渣在高溫狀態(tài)下的行為，所以說，爐渣熔點(diǎn)

2、的測(cè)試在冶金爐渣的研究和工廠實(shí)際工藝操作中都扮演著非常關(guān)鍵的角色。 一般來說，爐渣熔點(diǎn)測(cè)試有兩種方法，物性法、鉑片法。高溫物性測(cè)試儀用半球點(diǎn)法根據(jù)試樣在加熱過程中的軟化、熔融、液化過程的輪廓變化及相應(yīng)的溫度時(shí)間等指標(biāo)進(jìn)行爐渣熔點(diǎn)測(cè)定。這樣更加準(zhǔn)確、快速、簡(jiǎn)便地得出想要的結(jié)果。然而，當(dāng)試樣加入的時(shí)候，會(huì)對(duì)爐溫的控制產(chǎn)生階躍擾動(dòng)，為此，需要設(shè)計(jì)并制作傳感器、信號(hào)變送和模型建立，實(shí)現(xiàn)串級(jí)控制，克服大擾動(dòng)對(duì)控制參數(shù)的負(fù)面影響。另外，在半球點(diǎn)法熔點(diǎn)儀的研發(fā)中，發(fā)現(xiàn)升溫速度對(duì)測(cè)試結(jié)果有著較大的影響。所以要按照線性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在根據(jù)需要的升溫速度下，對(duì)加熱功率進(jìn)行精準(zhǔn)跟蹤的仿真控制研究。3、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1

3、922年，美國的Minorsky在對(duì)船舶自動(dòng)導(dǎo)航的研究中，提出了基于輸出反饋的比例積分微分（PID，Proportional Integral Differential）控制器的設(shè)計(jì)方法，標(biāo)志了PID控制的誕生。隨后，PID控制器就以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)模型誤差具有魯棒性(Robustness)以及易于操作等特點(diǎn)，在大多數(shù)控制過程中能夠獲得滿意的控制性能，到了20世紀(jì)40年代就已在過程控制中得到了廣泛的應(yīng)用。 隨著20世紀(jì)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，生產(chǎn)過程對(duì)自動(dòng)控制日益要求提高，單回路PID控制雖然具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、控制效果好特點(diǎn)，但漸漸不能滿足日益發(fā)展的復(fù)雜的過程控制工藝的要求。在

4、常規(guī)串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于串級(jí)PID控制系統(tǒng)具有良好的抗干擾能力、快速性、適應(yīng)性和控制質(zhì)量，對(duì)改善控制品質(zhì)有獨(dú)到之處，因而在21世紀(jì)前后國內(nèi)外的生產(chǎn)實(shí)踐控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。電加熱爐的精準(zhǔn)控溫系統(tǒng)都是針對(duì)其滯后性開發(fā)出智能PID控溫系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)所需精度的升溫階段動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和靜態(tài)恒溫穩(wěn)定。智能PID控溫系統(tǒng)包含傳統(tǒng)PID控制、模糊PID控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制系統(tǒng)，可以根據(jù)不同加熱系統(tǒng)編制適合這個(gè)系統(tǒng)的智能控溫系統(tǒng)。在主汽溫控制系統(tǒng)中有PFC-PID串級(jí)控制，對(duì)于鍋爐汽包水位有MFAC-PID串級(jí)控制，對(duì)于加熱爐的集散控制系統(tǒng)更有GPC-PID串級(jí)控制，還有很多實(shí)例都說明了串級(jí)控制的優(yōu)點(diǎn)和大量應(yīng)

5、用。3、 設(shè)計(jì)方案分析 串級(jí)PID控制在回路系統(tǒng)上增加了一個(gè)副回路，故而使得性能得到改善。首先，副被控變量檢測(cè)到擾動(dòng)的影響，并通過副回路的定值作用及時(shí)調(diào)節(jié)操縱變量，使副回路被控變量回復(fù)到副設(shè)定值，從而使擾動(dòng)對(duì)主控變量的影響減少。副環(huán)回路對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行粗調(diào)，主環(huán)回路對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行微調(diào)。 用MATLAB進(jìn)行PID控制的優(yōu)點(diǎn)。MATLAB具有強(qiáng)大豐富的內(nèi)置函數(shù)以及高度靈活的可編程性，特別適合數(shù)據(jù)處理以及結(jié)果的圖形化顯示，所以用MATLAB進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以及結(jié)果的圖形化顯示能夠及時(shí)直觀快捷地掌握控制的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，從而方便觀察測(cè)量。 半球點(diǎn)測(cè)試儀需要實(shí)現(xiàn)兩大功能：一是測(cè)試試樣的熔化速度，也就是在恒溫條件下試樣熔化到

6、3/4原始高度所需的時(shí)間；二是在恒定升溫速度條件下測(cè)試試樣熔化的開始溫度、半球點(diǎn)溫度（1/2試樣原始高度的溫度）、熔化終了溫度。 要實(shí)現(xiàn)上述功能必須要在線監(jiān)控試樣的高度變化和爐內(nèi)的溫度變化，就要利用CCD成像自動(dòng)系統(tǒng)、電路溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)這三個(gè)硬件設(shè)施，圍繞之前提到的各個(gè)方面進(jìn)行智能設(shè)計(jì)和控制分析。5、課題任務(wù) 本課題來源于企業(yè)橫向項(xiàng)目，首先是為半球點(diǎn)法熔點(diǎn)儀制作傳感器，利用數(shù)字式示波器傳遞信號(hào)，建立模型并在MATLAB仿真軟件上仿真模擬，利用MCU開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、進(jìn)行智能測(cè)控。并在指定升溫速率下用相應(yīng)的硬件設(shè)施對(duì)加熱功率進(jìn)行精確的控制，達(dá)到智能控溫的目的。6、重

7、點(diǎn)研究?jī)?nèi)容1熔點(diǎn)儀傳感器的設(shè)計(jì)2信號(hào)變送并分析曲線特征3建模并用MATALAB仿真模擬4串級(jí)控制克服大滯后系統(tǒng)5掌握加熱功率的控制規(guī)律7、實(shí)現(xiàn)途徑1大量閱讀串級(jí)智能控溫的相關(guān)文獻(xiàn)2學(xué)習(xí)并了解計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別技術(shù)3學(xué)習(xí)并了解PID及其他控制算法4采集數(shù)據(jù)并確定半球點(diǎn)法熔點(diǎn)儀參數(shù)5利用CCD成像自動(dòng)系統(tǒng)、電路溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在線監(jiān)控試樣高度變化和爐內(nèi)溫度變化6為溫度大滯后系統(tǒng)設(shè)計(jì)回路并利用補(bǔ)償方案進(jìn)行串級(jí)控制，精準(zhǔn)控制加熱功率8、進(jìn)度計(jì)劃序號(hào)起止周次工 作 內(nèi) 容115周查閱相關(guān)中外文文獻(xiàn)，了解情況;完成文獻(xiàn)翻譯工作,完成開題報(bào)告。267周準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)所需材料和所需的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。3811周進(jìn)

8、行相關(guān)的理論計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)。41213周分析整理數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。51415周撰寫論文616周答辯 學(xué)生簽名： 年 月 日9、指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日10、主要參考文獻(xiàn)：1 劉長(zhǎng)玉.自動(dòng)檢測(cè)和過程控制（第4版）M.冶金工業(yè)出版社，北京，20102 楊晶.VB6.0程序設(shè)計(jì)教程.科學(xué)出版社.北京，20113 張錚.精通MATLAB數(shù)字圖像處理與識(shí)別.人民郵電出版社,北京,20114 韓寶江, 張偉, 康爾良. 基于 MATLAB的模糊參數(shù)自整定 PID 控制器的仿真研究J.黑龍江水專學(xué)報(bào), 2009.5 姜培剛. 模糊技術(shù)在爐溫控制中的應(yīng)用J. 機(jī)械制造, 2001.6 張凱舉,邵誠.鋼鐵工業(yè)加熱爐先進(jìn)控制技術(shù)及其發(fā)展J.冶金自動(dòng)化.2003.7 吳興純 ，趙金燕1，楊秀蓮 ，楊燕云. 智能PID 算法在爐溫度控制系統(tǒng)中的運(yùn)用J.機(jī)電工程.20011.88 夏春梅,黃鳳良. 熱電偶校驗(yàn)爐程序升溫裝置的智能PID控制研究J. 南京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(工程技術(shù)版). 2005(04)9 趙國樹.基于Fuzzy- PID 控制算法的勻速升溫控制系統(tǒng)J.冶金自動(dòng)化.2003.10 邢偉,潘海鵬. 電阻爐智能溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真研究J. 浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2008(05)11 韓大平,林國海,