基于模糊PID控制的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計開題報告

畢業(yè)設(shè)計（論文）

開題報告題目:基于模糊PID控制的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計年月日開題報告填寫要求1．開題報告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效。2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見。3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇（不包括辭典、手冊）。4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2006年11月20日”或“2006-11-30”。畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告1.結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2000?4000字左右的文獻(xiàn)綜述：文獻(xiàn)綜述1?課題的提出和意義溫度是生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中普遍但又十分重要的參數(shù),它表征軀體的冷熱程度。在日常工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了高效地進(jìn)行工作，必須有效控制生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)，如溫度、壓力、流量、速度等，這其中很大一部分就是溫度控制。在我們的生活環(huán)境中，溫度有著極其重要的角色。無論在哪里生活，干什么工作，都時刻與溫度打著交道。自從十八世紀(jì)工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展與人類掌握溫度的程度息息相關(guān)。在化工，冶金、鋼鐵、石化、水泥、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)藥等行業(yè)，很大程度上的工業(yè)部門都要考慮著溫度的因素。能夠準(zhǔn)確地測量和有效地控制溫度是生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)、低耗產(chǎn)品的的必要條件。不但如此，日常生活中我們會也使用微波爐、電阻爐、電熱水器、空調(diào)等與溫度有關(guān)家用電器，溫度與我們密不可分。隨著電子器件與控制理論的發(fā)展，單片機(jī)在工控、國防武器、通信設(shè)備、信息處理、家用電器等各測控領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。時下，家用電器和辦公設(shè)備的智能化、遙控化、基于微型單片機(jī)的溫度測控系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)模糊控制化相融合以引領(lǐng)了新的世界潮流，而這些高性能都是靠單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。由于溫度具有慣性大、滯后現(xiàn)象明顯、難以建立精確的數(shù)學(xué)模型等特點(diǎn)，這就使得溫度控制系統(tǒng)的性能不佳。絕大部分溫度控制文獻(xiàn)資料的敘述中，控制結(jié)果都有超調(diào)的而且往往超調(diào)量較大，本論文是著眼于這一特點(diǎn)，想要研究一種使其調(diào)節(jié)時間快，穩(wěn)態(tài)誤差也非常小的控制方案。國外溫度測控技術(shù)的現(xiàn)狀與前景近些年來，溫度檢測理論已經(jīng)發(fā)展的比較成熟，但在實(shí)際應(yīng)用中，想要保證快速實(shí)時地對溫度進(jìn)行采樣，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無誤傳輸，仍然需要解決的問題。溫度測控技術(shù)包括溫度的測量技術(shù)和溫度的控制技術(shù)兩個方面。溫度的測量技術(shù)中，應(yīng)用接觸式測溫較早，這種測量方法的好處是：簡單、可靠、成本低廉、測量精度較高，一般能夠測得真實(shí)溫度；但由于檢測元件有熱慣性的影響，響應(yīng)時間較長，對熱容量小的物體不容易實(shí)現(xiàn)精確的測量，同時該方法不適宜于對腐蝕性物質(zhì)測溫，不能實(shí)現(xiàn)超高溫測量，很難測量運(yùn)動物體的溫度。另外有種非接觸式測溫方法是通過檢測輻射能量來實(shí)現(xiàn)溫度測量的，其好處是：不破壞被測溫度場，而且可以測量熱容量小的物體，適于測量運(yùn)動物體的溫度，還能測量特定區(qū)域的溫度分布，響應(yīng)速度較快。但也存在一些缺點(diǎn)，測量誤差較大，儀表指示值僅表示物體外部溫度，測溫裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴。所以，在實(shí)際的溫度測量中，根據(jù)具體的測量對象來選擇合適的測量方法，在滿足要求的測量精度的前提下盡量減少投入顯得很很重要。如果溫度控制技術(shù)按照控制性能目標(biāo)的不同可分為兩大類：溫度跟蹤控制與恒值溫度控制。溫度跟蹤控制要實(shí)現(xiàn)的控制目標(biāo)是要使被控對象的溫度按事先設(shè)定好的曲線規(guī)律變化。在工業(yè)生產(chǎn)過程中不少場合需要實(shí)現(xiàn)這一控制目標(biāo)，如發(fā)酵，化學(xué)反應(yīng)，燃燒爐中的溫度等;恒值溫度控制的目標(biāo)是使被控對象的溫度穩(wěn)定在某一設(shè)定的數(shù)值上，并要求其穩(wěn)態(tài)誤差不能超過某個允許值。本文所要討論的基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)就是要達(dá)到對電阻爐的恒值溫度控制目標(biāo)，故以下僅僅對恒值溫度控制進(jìn)行討論。從工業(yè)過程控制器的發(fā)展過程來看，溫度控制技術(shù)大概可以分以下幾種：2.1定值開關(guān)控溫法所謂的定值開關(guān)控溫法，就是通過硬件電路或者軟件計算來判別當(dāng)前溫度值與設(shè)定溫度值之間的大小關(guān)系，進(jìn)而對系統(tǒng)的加熱裝置（或冷卻裝置）進(jìn)行通斷控制來調(diào)節(jié)。如果當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值要高，那么關(guān)斷加熱器，或者開動制冷裝置；如果當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值要低，那么開啟加熱器并同時關(guān)斷制冷器。這種開關(guān)控溫方法很簡單，即使在沒有計算機(jī)的情況下，也能用很簡單的模擬電路來實(shí)現(xiàn)。目前，我國許多工廠的老式工業(yè)電爐中仍使用這種控制方法。由于這種控制方法是當(dāng)系統(tǒng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時斷開電源，當(dāng)溫度下降至設(shè)定溫度時打開電源，因而不能克服溫度變化過程的滯后性，這就使的被控對象的溫度波動較大，控制精度低，不能實(shí)現(xiàn)溫度的高精度控制。2.2PID的線性控溫法PID的線性控溫法是基于經(jīng)典控制理論的PID調(diào)節(jié)器控制原理，是最早發(fā)展起來的控制策略之一，其具有算法簡單、魯棒性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)所以被廣泛應(yīng)用在工業(yè)過程控制，在可建立精確數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)中尤為適用。由于PID控制器模型同時考慮了系統(tǒng)的誤差、誤差變化率及誤差積累三個因素，所以，它的控制性能優(yōu)于定值開關(guān)控溫策略。它的具體電路即可可以用模擬電路也可用計軟件方法來實(shí)現(xiàn)PID控制功能。前者稱為模擬PID調(diào)節(jié)器，后者稱為數(shù)字PID調(diào)節(jié)器。其中數(shù)字型PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)在線整定，具有較大的靈活性，所以能得到很好的控制效果。使用這種方法的溫度控制器，其控制品質(zhì)的優(yōu)劣主要取決于三個PID參數(shù)(比例常數(shù)、積分常數(shù)、微分常數(shù))。只要PID參數(shù)選取的合理，其控制精度還是比較令人滿意的。但是，它的缺點(diǎn)也在于此，當(dāng)控制對象特性一旦發(fā)生改變，三個控制參數(shù)值也必須相應(yīng)改變，不然其控制品質(zhì)就不能得到保證。2.3智能溫控法為了消除以上PID線性控溫法的缺點(diǎn),專家提出了一系列自動調(diào)整PID參數(shù)的方法，例如PID參數(shù)的自主學(xué)習(xí)，自整定等,把智能控制與PID控制相結(jié)合，來實(shí)現(xiàn)溫度的智能控制。智能溫控法以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊規(guī)則為理論基礎(chǔ)，并且少量的加以專家系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)智能化。這其中應(yīng)用較多的有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及專家系統(tǒng)等等。在實(shí)際工程技術(shù)中模糊溫控法得到了廣泛的應(yīng)用。目前有種高精度模糊控制器，可以很好的來模擬人的操作經(jīng)驗(yàn)來改善控制性能，從理論上講，這可以消除全部穩(wěn)態(tài)誤差。所謂的第三代智能溫控儀表，就是指基于智能控溫技術(shù)的具有自適應(yīng)PID算法溫度控制儀表。國內(nèi)溫控儀表的發(fā)展現(xiàn)狀多年來，我國的科學(xué)工作者進(jìn)行了大量的卓有成效的研究工作，取得了許多重要的研究成果。將數(shù)學(xué)模型與爐溫控制相結(jié)合，引入人工智能的方法，在電阻爐上實(shí)現(xiàn)了計算機(jī)優(yōu)化控制。與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，我國的電阻爐計算機(jī)優(yōu)化控制理論水平已趕上國際先進(jìn)水平，但起步晚，并且發(fā)展十分不平衡.目前國內(nèi)溫控儀表的發(fā)展現(xiàn)狀，相對國外而言還存在一定的差距，我們落后的主要還是在控制算法上，具體表現(xiàn)為國內(nèi)溫控儀表在量程范圍內(nèi)溫度控制精度比不高，自適應(yīng)性不強(qiáng)。這種差距是多方面的原因造成的，如對于不同的被控對象，控制算法的不足可能導(dǎo)致控制精度不不高。國內(nèi)微機(jī)控制的控制算法主要有：應(yīng)用Fuzzy-PID復(fù)合控制方法，實(shí)現(xiàn)了PID控制參數(shù)(KP，KI，KD)的在線優(yōu)化提咼了系統(tǒng)控制品質(zhì).網(wǎng)帶式電阻爐溫度的狀態(tài)反饋控制方法，通過設(shè)計狀態(tài)反饋控制器(SFC)，改善了電阻爐溫度控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)?；谀：窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能爐溫控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)與模糊控制技術(shù)結(jié)合，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模糊控制器的隸屬函數(shù)和權(quán)值，實(shí)現(xiàn)模糊規(guī)則的自動更新，該控制系統(tǒng)對無法取得數(shù)學(xué)模型或數(shù)學(xué)模型近似的系統(tǒng)取得了滿意的控制效果。神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制器應(yīng)用于網(wǎng)帶式電阻爐溫度控制系統(tǒng)中，有效地克服了電阻爐非線性、時變、大時滯等因素對系統(tǒng)控制性能的影響。4?總結(jié)電阻爐是工業(yè)中常用的電加熱設(shè)備，在建材，機(jī)械冶金等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。用常規(guī)PID調(diào)節(jié)控制方法不能滿足電阻刻錄溫度控制的高要求，根據(jù)電阻爐是時變，滯后的被控對象，很難得到精確地數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)。因此，把電阻爐溫度控制系統(tǒng)的PID控制與模糊控制接合起來，由電阻爐特性的變化，設(shè)計以偏差e，偏差變化率ec雙輸入，以PID中的KP,KI雙輸出的模糊控制規(guī)則，在模糊控制器作用下，動態(tài)修正PID產(chǎn)書，取得了滿意的控制效果。參考文獻(xiàn)：郭天祥?新概念51單片機(jī)C語言教程[M].北京.電子工業(yè)出版社.2009蔡自興徐光祐人工智能及其應(yīng)用[M]第三版北京清華大學(xué)出版社，2003黃堅(jiān).自動控制原理[M].北京：高等教育出版社，2004蔣黔麟，趙松清.電阻爐的微機(jī)控制J]電爐，1988,楚焱芳，張瑞華.模糊控制理論綜述J]科技信息,2009潘建，陳剛，劉斌模糊PID在工業(yè)電阻爐溫度控制中的應(yīng)用.[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2007李先鋒，楊國華,李建春基于模糊PID的電阻爐溫度控制器的設(shè)計與仿真研究J]微型機(jī)與應(yīng)用，2010劉中杰，基于模糊PID的電阻爐溫度控制系統(tǒng)J]電子設(shè)計工程，2012郭天天，沈青，周明安一種高精度自適應(yīng)溫控算法的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)J]四川工學(xué)報，2013李實(shí)，基于模糊PID算法的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計[J]?電腦知識與技術(shù),2011鄧朝霞電阻爐爐溫模糊控制系統(tǒng)研究J]?廣西輕工業(yè),2008常定軒電阻爐的現(xiàn)狀與動向[J].中國電子出版社，2013LihongJiang~1,XiaohongKong~(2*),QingjieYang~2,FengShao~21.CollegeofComputerandInformationEngineering,LishuiUniversity,Lishui323000,China2.SchoolofMechanical&ElectronicEngineering,HenanInstituteofScience&Technology,Xinxiang453003,China[J].2010ChineseControlandDecisionConference,2010LUZhihong,TANGZhiyong,LIHao,PEIZhongcaiSchoolofAutomationScienceandElectricalEngineeringBeihangUniversityBeijing100191,2011InternationalConferenceonFluidPowerandMechatronics,Beijingzhongguo,2011ShiDequan,Gaoguili,GaoZhiwei,XiaoPeng.[J]ProcediaEngineering,2012,Vol.29,pp.257-261,2012畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告2.本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：解決的問題:工業(yè)過程中，電阻爐使用很廣泛，具有滯后大，參數(shù)時變，非線性的特點(diǎn)?如今，工業(yè)化生產(chǎn)中對電阻爐溫度控制的穩(wěn)定性,精度,可靠性的要求也越來越高?使用傳統(tǒng)PID控制，易于實(shí)現(xiàn)，算法簡單，對于一直精確數(shù)學(xué)模型的確定性系統(tǒng)較為適用。但對于不能建立精確數(shù)學(xué)模型的實(shí)際生產(chǎn)過程來說，傳統(tǒng)PID已不能滿