温度控制系统的--开题报告

毕业设计开题报告题目：化工合成装置温控系统设计学生姓名：学号：专业：电气工程及其自动化指导教师：闫彩红2012年3月9日开题报告填写要求1．开题报告（含“文献综述”）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）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；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．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册）；4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2010年2月26日”或“2010-02-26”。毕业设计（论文）开题报告1．文献综述：在现代化的工业生产中电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。温度作为一个基本物理量，它是一个与人们的生活环境、生产活动密切相关的重要物理量。在现代化的工业生产过程中温度作为一种常用的主要被控参数，在很多生产过程中我们需要对温度参数进行检测。例如：在夜禁工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测。在科学研究和生产实践的诸多领域中，温度控制占有了极为重要的地位，特别是在冶金、化工、建材、食品、石油等工业中，具有举足轻重的作用。今年来快速发展德尔PID温控、模糊控制、神经网络及遗传算法在温度控制中得到了广泛的应用。1.1控制算法的简介1）PID控制算法PID控制即比例、积分、微分控制。PID算法根据比例、积分、微分系数计算出合适的输出控制参数,利用修改控制变量误差的方法实现闭环控制,使控制过程连续,是很普通的调节方法。其缺点是现场PID参数整定麻烦,易受外界干扰,对于滞后大的过程控制,调节时间过长。其控制算法需要预先建立模型,对系统动态特性的影响很难归并到模型中,被控对象模型参数难以确定,外界干扰会使控制漂离最佳状态。2）人工神经网络人工神经网络是当前主要的、也是重要的一种人工智能技术,是一种采用数理模型的方法模拟生物神经细胞结构及对信息的记忆和处理而构成的信息处理方法。它用大量简单的处理单元广泛连接形成各种复杂网络,拓扑结构算法各异,其中误差反向传播算法(即BP算法)应用最为广泛。3）模糊控制模糊逻辑是人工智能的重要组成部分,自从1965年美国控制理论专家L.A.Zadeh提出了用“FuzzySets”(模糊集合)描述Fuzzy(模糊)事物以来,Fuzzy技术获得了广泛的应用。模糊控制是基于模糊逻辑的描述一个过程的控制算法,主要嵌入操作人员的经验和直觉知识。它适用于控制不易取得精确数学模型和数学模型不确定或经常变化的对象。仅依赖于操作人员的经验和直观判断,非常容易应用。4）遗传算法毕业设计（论文）开题报告遗传算法(geneticalgoriths,简称GA)是模拟达尔文的遗传选择和自然淘汰的生物进化过程的全局优化搜索算法。它将生物进化过程中适者生存规则与群体内部染色体的随机信息交换机制相结合,通过正确的编码机制和适应度函数的选择来操作称为染色体的二进制串1或0。引入了如繁殖交叉和变异等方法在所求解的问题空间上进行全局的、并行的、随机的搜索优化,朝全局最优方向收敛。这种算法不要求系统是否为连续可调,能否以显式表示。5）模糊控制、神经网络、遗传算法三者结合文献[8]提出基于神经网络的方法,将模糊辨识、预测最优控制与神经网络结合,由神经元网络模型预估器辨识系统模型,并实时为控制器提供参考输入,由最优控制器对数据进行处理、决策,选定最优的控制量,达到温度最佳控制的目的。神经网络应用广泛的BP网络,由于其收敛慢和存在局部最小点,因此将遗传算法和BP算法结合得到的遗传BP(GA-BP)算法作为网络预估器的学习算法。该系统能使温度随外界干扰条件的变化,实时的调节网络和控制规律,具有良好的温度跟踪性能和抗干扰能力。近些年来,硬件电路设计的软件化也应用于温控系统中,文献[9]引入VHDL语言采用自顶向下的设计方法对系统逐步细化,优点是可提高系统的效率,达到资源共享。由于其屏蔽了具体工艺及器件差异,不会因工艺及器件变化而变化。1.2本课题主要采用的PID温度控制算随着计算机技术的快速发展，先进控制技术在工业过程中得到了较好的应用。先进控制算法尤其是能够控制结合传统的PID控制算法，在复杂工业过程中得到了广泛应用。在大型化、复杂的工业生产过程中，通过实施先进控制可以大大提高工业过程操作和控制的稳定，改善工业生产过程动态性能，减少关键变量的操作波动幅度，使其更接近于优化目标值，从而将工业生产过程推向更接近装置约束边界条件下运行，最终达到增强工业生产过程的稳定性和安全性，降低成本提高效率减少污染。PID控制技术的发展PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛用于工业过程控制。在过程工业界，从20世纪40年代开始直至今日，采用PID控制规律的单输入单输出简单反馈控制回路已经成为过程控制的核心系统。其理论基础是经典控制理论，主要采用频域分析方法进行控制系统的分析设计和综合。目前，PID控制仍广泛应用，即便是在大量采用DCS控制的最现代化的工业生产过程中，这类回毕业设计（论文）开题报告路仍占总回路数的80%~90%。从20世纪50年代开始，逐渐发展了串级、比值、前馈、均匀和Smith预估控制等复杂控制系统，也即当时的复杂控制系统，在很大程度上满足了单变量控制系统的一些特殊的控制要求。虽然它们在理论上看仍是经典控制理论的产物，但是在结构和应用上各有特色，目前仍在继续不断改进和应用。随着计算机技术的不断发展，数字PID控制在单回路控制系统及串级控制系统中应用广泛。李海等人针对电炉加热温控系统的要求，以PLC为温度控制系统的核心，利用PID控制算法实现系统的恒温控制。该控制系统性能稳定、可靠性高，监控能力完善，操作方便灵活，自动化程度高，具有较强的抗干扰能力。充分发挥了数字控制的优越性。由于PID控制器的参数无法自动调整，在复杂的工业过程中控制效果受外界干扰影响严重。为此先进PID控制尤其是将PID控制与智能控制相结合逐渐发展起来。任登凤等人研究了将先进PID控制应用在工业锅炉汽包水位的控制过程中，分别对常规PID、模糊自适应PID与基于遗传算法的PID控制器进行了比较，结果表明了先进PID控制算法的优越性。参考文献1白雪飞.神经网络自适应PID高精度温度控制研究.合肥:中国科学技术大学出版社,2002.2凌善康,李然.温度测量基础.北京:中国标准出版社,1998.3MATSUDAK,TAMURAN,KONISHI,etal.ApplicationofartificialintelligencetooperationcontrolofKobeNo.3blastfurnace[G]//ProceedingsoftheSixthInternationlIronandSteelCongress.Nagoya:[s.n.],1990:[S1J.1-7].4吕剑虹,陈来九.模糊PID控制器及在汽温控制系统中的应用研究[J].中国电机工程学报,1995(1):16.5马维明.多变量复杂系统的模糊控制.自动化与仪表,1998(4):32～34.6胡社教,徐晓冰,杨柳.温度控制仪表的模糊PID控制.合肥工业大学学报(自然科学版),1998(10):45-46.7HONDA,HIROYUKI.,KOBAYASHI,etal.Fuzzycontrolofbio-process.JournalofBioscienceandBioengineering.2000:401-408,1389-1723.8郑明方.管式裂解炉温度神经网络优化控制.江苏石油化工学院学报,1999(9):40.9黄耀军,周云,严国平.VHDL及其在温控系统中的应用.电子与自动化,1999(3):6.10KatsuhikoOgata．ModenControlEngineering．Publishinghouseofelectronicsindustry，2000：196—202毕业设计（论文）开题报告２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径2.1本课题主要研究和解决的问题主要有一下几个方面1）对化工合成装置的温度进行检测，并按工艺要求控制最高加热温度；2）加入触媒后的温度采用恒值控制。前期为3700C，中期为3800C，后期为3900C控制精度为±30C；3）最高温度连续三次达到4000C时发出报警信号；4）显示检测温度值；5）留有扩充余地，以实现多回路控制2.2对于所研究问题的主要研究手段和解决方法1）对于化工合成装置的温度测量，本课题主要采用温度传感器。由于化工合成装置的工作环境具有高温、高腐蚀性，所以在选择温度传感器的时候本文采用了具有耐腐蚀、耐高温的温度传感器。2）主要采用单片机来作为温度控制的主要控制系统。其中包括PC机、电平转换器、单片机、高温报警、温度信号采集、温度信号传输等等。3）主要元器件的工作原理图（图一）主要元器件的工作原理图PC机MAX232电平转换芯片AT89S518BITCPU键盘电路温度芯片数据传输输入电源数据显示超高温报警继电器1制冷器加热器继电器2毕业设计（论文）开题报告4）主程序结构图（图二）主程序结构图系统初始化温度数据送PC机检测温度点温度显示比较设计温度与当前温度大小按键处理是否有按键开始继电器工作YESNO毕业设计（论文）开题报告指导教师意见：指导教师：年月日