反应釜温度智能控制系统设计 (6)

中北大学

毕业设计开题报告

学生姓名：李依遥学号：0805054101 学院、系：信息与通信工程学院电气工程系专业：自动化

设计题目：反应釜温度智能控制系统设计

——软件部分

指导教师:孟江

2012 年 3 月 15 日

开题报告填写要求

1．开题报告作为毕业设计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，由学生在毕业设计工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；

2．开题报告内容必须用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．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）。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB 7714—87《文后参考文献著录规则》的要求书写，不能有随意性；

4．学生的“学号”要写全号（如020*******），不能只写最后2位或1位数字；

5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—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“2004年3月15日”或“2004-03-15”；

6. 指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。

毕业设计开题报告

式一般有锚式、桨式、涡轮式、推进式或框式等，搅拌装置在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶，也可根据用户的要求任意选配。并在釜壁外设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。加热方式有电加热、热水加热、导热油循环加热、远红外加热、外(内)盘管加热等，冷却方式为夹套冷却和釜内盘管冷却，搅拌桨叶的形式等。支承座有支承式或耳式支座等。转速超过160转以上宜使用齿轮减速机.开孔数量、规格或其它要求可根据用户要求设计、制作。反应釜在设定恒温条件下，在密闭的容器内，在常压或负压下进行搅拌、反应，并能控制反应溶液的蒸发与回流，是现代化学小样实验、生物制药及新材料合成的理想设备[6]。

3.反应釜的温度控制

反应釜温度控制是通过控制两个阀门即加热水阀门和冷却水阀门来实现的，通过搅拌机的搅拌使物料均匀。在升温阶段，打开加热水阀门，对釜内的蛇管通以加热水，使釜温升高，通过控制阀门开度来控制温度升高的速率，当加热到预订反应温度后就停止加热，反应过程中在夹套中通以冷却水，将反应产生的多余热量移走，控制温度保持恒定。导热介质的选择根据各种不同展品的工艺温度要求确定，常见的导热介质又通过热蒸汽和导热油。温度测量常用热电阻或热电偶及其变送器组成。通入反应釜的热导介质要求保持温度恒定，通过调节流入反应夹套的导热介质的流量，来控制反应釜内物料的温度符合工艺要求[7]。

二、对反应釜采用的控制技术

1.常规PID控制

PID控制器应用的非常广泛，其设计技术成熟，长期以来形成了典型的结构，它的参数整定方便，结构更改灵活，能满足大多数工业控制要求。PID技术比较简单，易于掌握，是常用的控制技术之一。对于参数不变的控制对象或模型参数变化不显著的控制对象来说，使用PID控制能够达到比较理想的控制效果，而且实现起来非常简单[8]。

在本课题的系统设计中，作为被控对象的反应釜由于模型较为复杂，无法建立精确的数学模型，采用PID算法比较方便，但PID算法也存在现场参数调整麻烦，被控对象模型参数难以确定以及外界干扰会使控制漂离最佳工况等问题。针对这些问题，本课题在反应釜温度控制系统中，采用了模糊控制技术与PID相结合的方法来弥补只用PID调节器时的缺憾。

2．模糊控制技术

模糊控制是用模糊数学的知识模仿人脑的思维方式，对模糊现象进行识别和判决，给出精确的控制量，对被控对象进行控制。与经典控制理论和现代控制理论相比，模糊控制的主要特点是不需要建立对象的数学模型。操作人员根据对象的当前状态和以往的控制经验，用手动控制的方法给出适当的控制量，对被控对象进行控制。用计算机模拟操作人员手动控制的经验，对被控对象进行控制[9]。1974年，模糊控制技术理论提出者-英国工程师（E.H.Mamdani）指出：模糊控制在本质上就是某种插值器，目前常用的模糊控制算法都可归结为某种插值方法它是对响应函数的逼近，相当于离散响应函数的拟合[10]。模糊控制方法类似于数学物理问题中的有限元方法，是经典控制论和现代控制论的直接方法或数值方法。由此提出了基于论域收缩的一类高精度模糊控制器的设计思想。

因此，模糊控制的突出特点在于：

（1）控制系统的设计不要求知道被控对象的精确数学模型，只需要提供现场操作人员的经验知识及操作数据。

（2）控制系统的鲁棒性强，适应于解决常规控制难以解决的非线性、时变及大滞后性等问题。

模糊控制系统一般可分为四个部分[11]：

（1）模糊控制器：它实际上是一台微计算机，根据控制系统的需要，可以选用系统机，也可选用单片机[12]。

（2）输入/输出接口装置：模糊控制器通过输入输出接口从被控对象获取数字信号量，并将模糊控制器决策的输出数字信号通过数模变换，将其转换为模拟信号，送给执行机构去控制被控对象。

（3）广义对象：高包括被控对象及执行机构，被控对象可以是线形或非线性的，定常的或时变的，单变量或多变量的、有时滞或无时滞的以及有干扰的多种情况。

（4）传感器：它将被控对象或各种过程的被控制量转换为电信号

在工程上多采用人工手动或PID 控制，劳动强度大，效果不理想。模糊控制作为一种仿人工智能的控制策略，适应范围广，不依赖于对象的数学模型，鲁棒性好，对被控对象特性变化不敏感，算法简单，特别适合于非线性系统的控制，并且易于实现[13]。事实上模糊控制与传统的PID 控制器之间存在着内在联系，单输入单输出模糊控制器是个分段P 调节器，常用双输入单输出模糊控制器是个具有P 与D 交互影响的分片PD调节

附件：参考文献格式

学术期刊作者﹒论文题目﹒期刊名称，出版年份，卷(期)：页次

如果作者的人数多于3人，则写前三位作者的名字后面加“等”，作者之间以逗号隔开。例如：

[1]李峰，胡征，景苏等. 纳米粒子的控制生长和自组装研究进展. 无机化学学报，2001, 17(3): 315~324

[2] J.Y.Li, X.L.Chen,H.Li. Fabrication of zinc oxide nanorods.Journal of Crystal Growth, 2001,233:5～7

学术会议论文集作者﹒论文题目﹒文集编者姓名﹒学术会议文集名称，出版地：出版者，出版年份：页次

例如：

[3] 司宗国，谢去病，王群﹒重子湮没快度关联的研究﹒见赵维勤，高崇寿编﹒第五届高能粒子产生和重离子碰撞理论研讨会文集，北京：中国高等科学技术中心，1996：105 图书著者﹒书名﹒版本﹒出版地：出版者，出版年﹒页次

如果该书是第一版则可以略去版次。

例如：

[4]韩其智，孙洪洲﹒群论﹒北京：北京大学出版社，1987﹒101

预印本作者﹒论文题目﹒预印本编号（出版年份）

例如：

[5]Xiaofeng Guo and Jianwei Qiu﹒The leading power corrections to the structure functions﹒hep—ph/9810548(1998)

学位论文作者﹒论文题目﹒学士(或硕士、博士)学位论文. 出版地：出版者，出版年份

例如：

[6]陈异. 纳米粒子形貌控制研究. 硕士学位论文. 北京：中国科学院, 2002

电子文献主要责任者. 电子文献题名﹒电子文献的出处或可获地址. 发表或更新日期

例如：

[7] 王明亮. 关于中国学术期刊标准化数据库系统工程的进展. https://www.360docs.net/doc/0012821618.html,/pub/wml.txt/980810-2.html, 1998-08-16

专利专利所有者. 专利名称. 专利国别：专利号，日期.

例如：

[8] 姜锡洲.一种温热外敷药制备方案. 中国专利：881056073，1989-07-26.