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毕业设计（论文）开题报告 课题名称： 自动恒温快速水加热系统设计 学 院： 电气信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 杜 倩 学 号： 10-04-04 指导教师： 刘德君 二○一四年四月二日 一、选题的意义及国内（外）的研究概况 课题的意义 温度是我们日常生活中最为熟悉的物理量之一，由此产生了多种温度测量方法，有玻璃温度计测量，半导体测温，红外辐射测温，热敏电阻测温等等。水温控制无论是在工业生产过程中，还是在日常生活中都起着非常重要的作用。过高或者过低的温度会给工业生产或者日常生活带来诸多不便，甚至是付出生命代价的事故。反之精确的水温控制不但会提高工业产品的品质以及生产效率，更会达到节约能源的目的。温度控制系统在工业控制中得到广泛应用,适用于机械、冶金、电力、化工、纺织、食品、陶瓷等行业。因此,研究温度控制系统有着深远的意义。在现代化的工业生产中经常涉及到温度的控制，有的控制系统甚至把温度作为唯一的控制参数，有的作为主要控制参数之一。而在工业控制中，作为温度控制的方式很多，其中PID类型的控制技术占据主要地位 目前国内外的技术水平现状 自 70 年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外时滞温度控制系统发展迅速，在智能化、自适应、参数自整定等方面已取得了成果[1]。在这方面，以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表，并在各行业广泛应用[2]。它们主要具有如下的特点： 1）适应于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统的控制。 2) 能够适应于受控系统数学模型难以建立的温度控制系统的控制。 3) 能够适应于受控系统过程复杂、参数时变的温度控制系统的控制。 4) 这些温度控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理论及计算机技术，运用先进的算法，适应的范围广泛[3]。 5) 普遍温控器具有参数自整定功能[4]。借助计算机软件技术，它能够根据历史经验及控制对象的变化情况，自动调整相关控制参数，以保证控制效果的最优化。 6) 时滞温度控制系统具有控制精度高、抗干扰力强、鲁棒性好的特点。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展[4]。 时滞温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距[5]。目前，我国在这方面总体技术水平处于 20世纪 80 年代中后期水平，成熟产品主要以“点位”控制及常规的 PID 控制器为主，它只能适应一般的温度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变的温度系统[6]。而适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少[5]。 目前，我国在时滞温度等控制仪表的发展与国外的差距主要表现在如下：1) 行业内企业规模小，且较为分散，造成技术力量不集中，导致研发能力不强，制约了技术的发展。2) 商品化产品以常规 PID 控制器为主，智能化仪表少，这方面同国外差距较大。目前，国内企业复杂的及精度要求高的温度控制系统大多采用进口温度控制仪表。3) 仪表控制在关键技术、相关算法及控制软件方面的研究方面较国外滞后。例如在仪表控制参数的自整定方面，国外已有较多的成熟产品，但由于国外技术必威体育官网网址以及我国开发工作的滞后，还没有开发出性能可靠的自整定软件，控制参数大多靠人工经验及现场调试来确定[7]。这些差距，是我们必须努力克服的。随着我国经济的发展及加入 WTO，我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，并通过合资、技术合作等方式，组建了一批合资、合作及独资企业，使我国温度等仪表工业得到迅速的发展[8]。 二、本课题研究的关键问题及解决的思路 1.研究的关键问题 由于在水温控制对象为一个大惯性、纯滞后对象，在动态过程中，跟踪性能和抗扰性较差。调节时间、恢复时间长，难以达到高性能指标。因此,怎样解决水温控制中的大惯性纯滞后问题，实现温度控制良好的动态特性和静态特性是本课题研究的关键问题。 2.解决关键问题的思路 采用闭环控制，运用积分分离式PID控制策略，另外采用精度高的数字式温度传感器，之后经过模数转换把温