米开炜开题报告.doc

钦州学院 本科毕业论文（设计）开题报告 二级学院： 物理与材料科学学院 学号 1005402116 姓名 米开炜 专业 过程自动化 年级班别 2010级1班 论文（设计）题目 基于单片机的单容水箱液位PID控制系统设计 拟完成时间 　　　2013年　11月　9日 指导教师姓名及职称 张圆圆，助教 题目类型 囗　理论研究　　?　应用研究　　囗　设计开发　　囗　其他　 命题来源 ?　教师命题　　囗　学生自主命题　　囗　教师科研课题 一、选题依据及意义（不少于300字） 在过程工业中，被控量通常有以下四种：液位、压力、流量、温度，而液位不仅是工业过程中的常见参数，且便于直接观察，也容易测量。以液位过程构成实验系统，可灵活地进行过程组态，实施各种不同的控制方案。在石油、化工、轻工和食品等工业生产过程中，有许多贮罐作为原料、半成品的贮液罐，前一道工序的成品或半成品不断地流入下一道工序的贮液罐进行加工和处理，为保证生产过程能连续地正常进行，必须对贮罐的液位进行控制。液位控制系统是过程控制的重要研究模型，对液位控制系统的研究具有显著的理论和实际意义。 单片机比专用处理器最适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的综合，甚至比人类的数量还要多。[1] 单片机以其控制精度高, 性能稳定、可靠, 设置操作方便, 造价低等特点, 应用到液位系统的控制之中, 不但保证了系统的准确性和可靠性, 而且增强了人机交互的能力。在一个大型的应用系统中,通常由单片机完成数据的采集和上传, 后台则通过PC机对数据进行分析并处理，在这样的系统中,单片机系统一般称之为下位机, 由PC机、网络设备、数据库服务器组成的后台应用部分则统称为上位机。二者结合, 充分发挥了单片机在实时数据采集和微机对图形处理、显示以及数据库管理上的优点。 本文所探讨的就是利用以单片机为核心的液位控制系统。 二、研究目标与主要内容（含论文(设计)提纲，不少于500字） 本课题主要内容包括单容水箱液位控制系统的设计，单容水箱的数学建模，单片机数据采集和上位机软件的通信和PID参数的设定。 研究的方向为： 1.单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线； 2.单回路反馈控制系统的组成和工作原理； 3.研究系统分别用P、PI和PID调节器的阶跃响应； 4.定性分析P、PI和PID调节器的参数变化对系统性能的影响。 三、研究方法和手段 水箱液位控制系统的技术已比较成熟,有简单机械式控制装置的系统,也有复杂控制器控制的系统。目前对水箱液位控制的系统大致可分为以下2种: (1)机械式控制系统。机械式控制系统结构简单、成本低廉。但这种控制装置故障多,误动作多,且只能单独控制,与计算机进行通信较难实现。 (2)交流调压/变频调速控制系统。该系统是通过安装在水泵出口管道上的压力传感器,把出口压力变成标准工业电信号的模拟信号,经过前置放大、多路切换、A /D变换成数字信号传送到单片机,经单片机运算和给定参量的比较,进行PID运算,得出调节参量;经由D /A变换给调压/变频调速装置输入给定端,控制其输出电压变化,来调节电机转速,以达到控制水箱液位的目的。 本课题设计采用第2种方案控制水箱水位。 PID调节器参数的整定一般有两种方法：一种是理论设计法，即根据广义对象的数学模型和性能要求，用根轨迹法或频率法来确定调节器的相关参数；另一种方法是工程实验法，通过对典型输入响应曲线所得到的特征量，然后查照经验表，求得调节器的相关参数。工程实验整定法有以下四种，本次试验将采用经验法。 四、参考文献目录（作者、书名或论文（设计）题目、出版社或刊号、出版年月或出版期号） 李小平.液位控制系统建模及其控制算法的研究[J] 安艳伟.基于单片机的分布式液位控制系统设计[J] 陈霞.基于单片机的液位监控系统[J] 五、文献综述（在对选题涉及的研究领域的文献进行广泛阅读或调查的基础上，对该领域的研究现状、发展动态等内容进行综述，并提出自己的见解和研究思路。不少于700字） 目前我国在单片机测控装置研究、生产、应用中，取得了很大的成绩，总结了很多经验，但是各行业仍处于发展期。经调查，许多科研所在这方面开展的工作更看重的是理论和算法，数年来这方面的研究的论文较多，着重生产实际的很少。在上海，新型的单片机测控装置与系统研究的生产基础较雄厚，在生产过程中需要