题目名称 电加热炉炉温自动控制系统设计 学生姓名 专业班级 学号 一、 选题的目的和意义： 温度是生产过程和科学实验中非常普遍而又十分重要的物理参数。在工业生产过程中，为了高效地进行生产，必须对生产工艺过程的主要参数，如温度、压力、流量、速度等进行有效的控制，其中温度控制在生产过程中占有相当大的比例。准确地测量和有效地控制温度是优质、高产、低耗和安全生产的重要条件。而且在我们的日常生活中也使用微波炉、电热水器、空调等家用电器，温度与我们息息相关。可见温度控制电路广泛应用于社会生活的各个领域，所以对温度进行控制是非常有必要和有意义的。 电加热炉是典型的工业过程控制对象，其温度控制具有升温单向性，大惯性，纯滞后，时变性等特点，很难用数学方法建立精确的模型和确定参数。而PID控制因其成熟，容易实现，并具有可消除稳态误差的优点，在大多数情况下可以满足系统性能的要求，但其性能取决于参数的整定情况。且快速性和保持较小的超调量之间存在矛盾，使其不一定满足快速升温、超调小的技术要求。模糊控制在快速性和保持较小的超调量方面有着自身的有事，但其理论并不完善，算法复杂，控制过程会存稳态误差。将模糊控制算法引入传统的加热炉控制系统构成智能模糊控制系统，利用模糊控制规则自适应在线修改PID参数，构成模糊自整定PID控制系统，借此提高其控制效果。基于PID控制算法，以80c51单片机为主题，构成一个能处理较复杂数据和控制功能的智能控制器，使其既可作为独立的单片机控制系统，又可与微机配合构成两级控制系统，该控制器精度高，具有较高的灵活性和可靠性。 二、 国内外研究现状简述： 电阻炉是热处理生产中应用最广泛的加热设备，它在机械、冶金等行业的生产中占有十分重要的地位。对电阻炉温度控制的好坏直接影响工艺要求的温度水平和加热质量，以致直接影响产品的质量、产量和生产消耗指标，所以国内外关于电阻炉自动控制的研究一直备受重视，发展比较快，也取得了较为丰硕的成果。总的来说，第啊阻路的温度控制发展分为以下三类： 第一类：经典控制方案 经典控制方案可分为数字控制器的间接设计方案和数字控制器的直接设计方案。数字控制器的间接设计方案是一种根据模拟设计方案转换而来的设计方案。传统模拟系统中的控制器设计已有一套成熟的方法，其中以PID控制器为代表。PID控制器具有原理简单、易于实现、适用范围广等优点。将模拟控制器转换成数字控制器是用离散时近似方法将一连续时间系统的控制规律离散为数字控制器的控制规律，其中为确保数字控制器与模拟控制器的近似，要适当选择采样周期。 第二类：基于现代控制理论的设计方案 现代控制理论以线性代数和微分方程为主要数学工具，以状态空间法为基础来分析和设计控制系统。状态空间法本质上是一种时域的方法，它不仅描述了系统的外部特性，而且描述和提示了系统的内部状态和性能。基于现代控制理论的设计方案是建立在对系统内部模型的描述之上的。它是通过数学方法对控制系统进行分析综合。控制规律的确定是通过极小化预先确定的性能指标函数或使控制系统满足希望的响应而推导出来的，此类设计方案主要有：系统辨识、最优控制、自校正控制等。这类设计方案适用范围广，适用于多输入多输出系统、某些非线性时变系统和一些具有随机扰动的系统。该方法理论严谨，控制系统的稳定性问题可以严格证明，性能指标能定量分析，得到的控制品质较好。但这类方法需要知道精确的被控对象的数学模型形式。 第三类：智能控制方案 智能控制方案是一类无需人的干预就能够针对控制对象的状态自动地调节控制规律以实现控制目标的控制策略。它避开了建立精确的数学模型和用常规控制理论进行定量计算与分析的困难性。它实质是一种无模型控制方案，既不需要知道对象精确模型的情况下，通过自身的调节作用，使实际响应曲线逼近理想的响应曲线。 三、毕业设计（论文）所采用的研究方法和手段： （1）掌握电阻炉温度控制系统的工作原理，进而论证温度控制设计方案。 （2）掌握单片机原理和指令系统，进行软件和硬件设计。 （3）查阅资料，了解各种控制算法，明确其优点及应用现状，重点掌握模糊PID算法。PID控制由于结构简单、稳定性好、可靠性高，在工业控制中得到广泛的应用，模糊PID控制是基于智能控制理论，并与常规PID 控制有机结合，不仅保持了常规PID控制系统的原理简单、使用方便、鲁棒性较强、控制精度高等优点，而且具有模糊控制的灵活性、适应性强等优点。 四、主要参考文献与资料获得情况： 【主要参考文献】 [1] 纪友芳，李大海，林美娜。智能温度控制仪的设计与实现.计算机工程与设计2007,28（17）：4200-4202. [2]孙丰昌，乐恺，姜泽毅等，智能控制算法对加热炉温度控制研究。热能动力工程，2009,24（3）：337-341. [3]李春华，李欣，罗绮。不确定非线性系统的直接自适应神经网络控制。计算机工程与应用。2008,44（2):124-128. [4]杜静，王振民。模糊PID在电阻炉温度控制系统中的应用。机械管理开发，2005. [5]蔡自兴。智能控制-基础与应用。北京：国防工业出版社，2004. 五、毕业设计（论文）进度安排（按周说明）： 第三周至第四周 选题、调研 第五周 开题 第六周至第九周 系统设计 第十周 撰写论文，答辩 六、指导教师审批意见（对选题的可行性、研究方法、进度安排作出评价，对是否开题作出决定）： 指导教师： （签名） 年 月 日
河南理工大学本科毕业设计（论文）中期检查表
指导教师： 职称：
所在院（系）： 教研室（系、研究所）： 题 目 学生姓名 专业班级 学号 一、进度情况说明： 二、阶段性成果： 三、存在的主要问题及解决方法： 四、指导教师对学生在毕业设计（论文）中的纪律及毕业设计（论文）任务的完成进展等方面的评语 指导教师： （签名） 年 月 日
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