基于模糊PID控制的电阻炉温度控制系统设计开题报告.docx

基于模糊PID控制的电阻炉温度控制系统设计开题报告.docx

《基于模糊PID控制的电阻炉温度控制系统设计开题报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于模糊PID控制的电阻炉温度控制系统设计开题报告.docx（10页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

基于模糊PID控制的电阻炉温度控制系统设计开题报告

毕业设计（论文）

开题报告

题目:

基于模糊PID控制的电阻炉温度控制系统设计

年月日

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（可从教务处网页上下载）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．“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15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“2006年11月20日”或“2006-11-30”。

毕业设计（论文）开题报告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000~4000字左右的文献综述：

文献综述

1.课题的提出和意义

温度是生产过程和科学实验中普遍但又十分重要的参数,它表征躯体的冷热程度。

在日常工业生产过程中，为了高效地进行工作，必须有效控制生产过程中的重要参数,如温度、压力、流量、速度等，这其中很大一部分就是温度控制。

在我们的生活环境中，温度有着极其重要的角色。

无论在哪里生活，干什么工作，都时刻与温度打着交道。

自从十八世纪工业革命以来，工业发展与人类掌握温度的程度息息相关。

在化工,冶金、钢铁、石化、水泥、农业生产、医药等行业，很大程度上的工业部门都要考虑着温度的因素。

能够准确地测量和有效地控制温度是生产出优质、低耗产品的的必要条件。

不但如此,日常生活中我们会也使用微波炉、电阻炉、电热水器、空调等与温度有关家用电器，温度与我们密不可分。

随着电子器件与控制理论的发展,单片机在工控、国防武器、通信设备、信息处理、家用电器等各测控领域应用广泛。

时下，家用电器和办公设备的智能化、遥控化、基于微型单片机的温度测控系统的设计与实现模糊控制化相融合以引领了新的世界潮流，而这些高性能都是靠单片机来实现的。

由于温度具有惯性大、滞后现象明显、难以建立精确的数学模型等特点,这就使得温度控制系统的性能不佳。

绝大部分温度控制文献资料的叙述中，控制结果都有超调的而且往往超调量较大，本论文是着眼于这一特点，想要研究一种使其调节时间快，稳态误差也非常小的控制方案。

2.国外温度测控技术的现状与前景

近些年来，温度检测理论已经发展的比较成熟，但在实际应用中，想要保证快速实时地对温度进行采样，实现数据的无误传输，仍然需要解决的问题。

温度测控技术包括温度的测量技术和温度的控制技术两个方面。

温度的测量技术中，应用接触式测温较早，这种测量方法的好处是：

简单、可靠、成本低廉、测量精度较高，一般能够测得真实温度；但由于检测元件有热惯性的影响，响应时间较长，对热容量小的物体不容易实现精确的测量，同时该方法不适宜于对腐蚀性物质测温，不能实现超高温测量，很难测量运动物体的温度。

另外有种非接触式测温方法是通过检测辐射能量来实现温度测量的，其好处是：

不破坏被测温度场，而且可以测量热容量小的物体，适于测量运动物体的温度，还能测量特定区域的温度分布，响应速度较快。

但也存在一些缺点,测量误差较大，仪表指示值仅表示物体外部温度，测温装置结构复杂，价格昂贵。

所以，在实际的温度测量中，根据具体的测量对象来选择合适的测量方法，在满足要求的测量精度的前提下尽量减少投入显得很很重要。

如果温度控制技术按照控制性能目标的不同可分为两大类：

温度跟踪控制与恒值温度控制。

温度跟踪控制要实现的控制目标是要使被控对象的温度按事先设定好的曲线规律变化。

在工业生产过程中不少场合需要实现这一控制目标，如发酵,化学反应，燃烧炉中的温度等;恒值温度控制的目标是使被控对象的温度稳定在某一设定的数值上，并要求其稳态误差不能超过某个允许值。

本文所要讨论的基于单片机的温度控制系统就是要达到对电阻炉的恒值温度控制目标，故以下仅仅对恒值温度控制进行讨论。

从工业过程控制器的发展过程来看，温度控制技术大概可以分以下几种：

2.1定值开关控温法

所谓的定值开关控温法，就是通过硬件电路或者软件计算来判别当前温度值与设定温度值之间的大小关系，进而对系统的加热装置（或冷却装置）进行通断控制来调节。

如果当前温度值比设定温度值要高，那么关断加热器，或者开动制冷装置;如果当前温度值比设定温度值要低，那么开启加热器并同时关断制冷器。

这种开关控温方法很简单，即使在没有计算机的情况下，也能用很简单的模拟电路来实现。

目前，我国许多工厂的老式工业电炉中仍使用这种控制方法。

由于这种控制方法是当系统温度达到设定温度时断开电源，当温度下降至设定温度时打开电源，因而不能克服温度变化过程的滞后性，这就使的被控对象的温度波动较大，控制精度低，不能实现温度的高精度控制。

2.2PID的线性控温法

PID的线性控温法是基于经典控制理论的PID调节器控制原理，是最早发展起来的控制策略之一，其具有算法简单、鲁棒性好、可靠性高等优点所以被广泛应用在工业过程控制，在可建立精确数学模型的系统中尤为适用。

由于PID控制器模型同时考虑了系统的误差、误差变化率及误差积累三个因素，所以，它的控制性能优于定值开关控温策略。

它的具体电路即可可以用模拟电路也可用计软件方法来实现PID控制功能。

前者称为模拟PID调节器，后者称为数字PID调节器。

其中数字型PID调节器的参数可以实现在线整定，具有较大的灵活性，所以能得到很好的控制效果。

使用这种方法的温度控制器，其控制品质的优劣主要取决于三个PID参数（比例常数、积分常数、微分常数）。

只要PID参数选取的合理，其控制精度还是比较令人满意的。

但是，它的缺点也在于此，当控制对象特性一旦发生改变，三个控制参数值也必须相应改变，不然其控制品质就不能得到保证。

2.3智能温控法

为了消除以上PID线性控温法的缺点，专家提出了一系列自动调整PID参数的方法，例如PID参数的自主学习，自整定等,把智能控制与PID控制相结合，来实现温度的智能控制。

智能温控法以神经网络和模糊规则为理论基础，并且少量的加以专家系统来实现智能化。

这其中应用较多的有模糊控制、神经网络控制以及专家系统等等。

在实际工程技术中模糊温控法得到了广泛的应用。

目前有种高精度模糊控制器，可以很好的来模拟人的操作经验来改善控制性能，从理论上讲，这可以消除全部稳态误差。

所谓的第三代智能温控仪表，就是指基于智能控温技术的具有自适应PID算法温度控制仪表。

3.国内温控仪表的发展现状

多年来，我国的科学工作者进行了大量的卓有成效的研究工作，取得了许多重要的研究成果。

将数学模型与炉温控制相结合，引入人工智能的方法，在电阻炉上实现了计算机优化控制。

与工业发达国家相比，我国的电阻炉计算机优化控制理论水平已赶上国际先进水平，但起步晚，并且发展十分不平衡.

目前国内温控仪表的发展现状，相对国外而言还存在一定的差距，我们落后的主要还是在控制算法上，具体表现为国内温控仪表在量程范围内温度控制精度比不高，自适应性不强。

这种差距是多方面的原因造成的，如对于不同的被控对象，控制算法的不足可能导致控制精度不不高。

国内微机控制的控制算法主要有：

（1）应用Fuzzy-PID复合控制方法，实现了PID控制参数（KP，KI，KD）的在线优化

提高了系统控制品质.

（2）网带式电阻炉温度的状态反馈控制方法，通过设计状态反馈控制器（SFC），改善了电阻炉温度控制系统的控制品质。

（3）基于模糊神经网络的智能炉温控制系统，该系统将人工神经网络控制技术与模糊控制技术结合，用神经网络代替传统的模糊控制器的隶属函数和权值，实现模糊规则的自动更新，该控制系统对无法取得数学模型或数学模型近似的系统

取得了满意的控制效果。

（4）神经元自适应PID控制器应用于网带式电阻炉温度控制系统中，有效地克服了电阻炉非线性、时变、大时滞等因素对系统控制性能的影响。

4.总结

电阻炉是工业中常用的电加热设备，在建材，机械冶金等领域得到广泛应用。

用常规PID调节控制方法不能满足电阻刻录温度控制的高要求，根据电阻炉是时变，滞后的被控对象，很难得到精确地数学模型的特点。

因此，把电阻炉温度控制系统的PID控制与模糊控制接合起来，由电阻炉特性的变化，设计以偏差e，偏差变化率ec双输入，以PID中的KP,KI双输出的模糊控制规则，在模糊控制器作用下，动态修正PID产书，取得了满意的控制效果。

参考文献：

[1]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].北京.电子工业出版社.2009

[2]蔡自兴徐光祐人工智能及其应用[M]第三版北京清华大学出版社，2003

[3]黄坚.自动控制原理[M].北京：

高等教育出版社，2004

[4]蒋黔麟,赵松清.电阻炉的微机控制[J]电炉,1988,

[5]楚焱芳,张瑞华.模糊控制理论综述[J]科技信息,2009

[6]潘建,陈刚,刘斌模糊PID在工业电阻炉温度控制中的应用.[J].自动化技术与应用，2007

[7]李先锋,杨国华,李建春基于模糊PID的电阻炉温度控制器的设计与仿真研究[J]微型机与应用，2010

[8]刘中杰,基于模糊PID的电阻炉温度控制系统[J]电子设计工程，2012

[9]郭天天，沈青，周明安一种高精度自适应温控算法的设计与实现[J]四川工学报，2013

[10]李实,基于模糊PID算法的电阻炉温度控制系统设计[J].电脑知识与技术,2011

[11]邓朝霞电阻炉炉温模糊控制系统研究[J].广西轻工业,2008

[12]常定轩电阻炉的现状与动向[J].中国电子出版社，2013

[13]LihongJiang~1,XiaohongKong~（2*）,QingjieYang~2,FengShao~21.CollegeofComputerandInformationEngineering,LishuiUniversity,Lishui323000,China2.SchoolofMechanical&ElectronicEngineering,HenanInstituteofScience&Technology,Xinxiang453003,China[J].2010ChineseControlandDecisionConference,2010

[14]LUZhihong,TANGZhiyong,LIHao,PEIZhongcaiSchoolofAutomationScienceandElectricalEngineeringBeihangUniversityBeijing100191,2011InternationalConferenceonFluidPowerandMechatronics,Beijingzhongguo,2011

[15]ShiDequan,Gaoguili,GaoZhiwei,XiaoPeng.[J]ProcediaEngineering,2012,Vol.29,pp.257-261,2012

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（途径）：

解决的问题:

工业过程中,电阻炉使用很广泛,具有滞后大,参数时变,非线性的特点.如今,工业化生产中对电阻炉温度控制的稳定性,精度,可靠性的要求也越来越高.使用传统PID控制，易于实现，算法简单，对于一直精确数学模型的确定性系统较为适用。

但对于不能建立精确数学模型的实际生产过程来说，传统PID已不能满足要求。

拟采用手段：

模糊控制理论与传统PID控制相结合的方法。

采用温度传感器完成对温度的数据采集,并把温度值转换为电压值,经过放大`A/D转换为数字量进入单片机控制系统.与单片机中预置的参量进行比较后,得到误差量,并与上一次采集的误差量进行比较,得到误差的变化量,把误差量和误差变化量作为模糊PID控制器的输入,经过软件进行处理,输出控制量,经过D/A转换后控制驱动电路,得到加载电炉上的平均电压,从而控制电炉的温度,实现温度的自动调节,是的温度稳定在设定值附近.

其控制过程流程图如下图所示:

毕业设计（论文）开题报告

指导教师意见：

1．对“文献综述”的评语：

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导教师：

年月日

系（教研室）审核意见：

负责人：

年月日