梁子凡 开题报告

1、重庆大学本科毕业设计（论文） 梁子凡20103370毕业设计（论文）开题报告炉渣熔化性能检测仪串级智能控温方法初步研究1、课题目的本课题是围绕半球点法熔点仪研发中过程的两个关键问题进行研究的：一是为半球点法熔点仪制作传感器、信号变送和模型建立，实现串级控制，克服大扰动对控制参数的负面影响控制品质的分析。二是是在指定升温速度下，对加热功率进行精确的控制。2、课题意义 大家都知道，炉渣完成冶金作用的好坏，主要决定于熔融炉渣的熔点、粘度、界表面张力、比重、电导率、热焓、热导率和组分及其活度。 在冶金炉渣的各种物化性质当中，熔点是尤其重要的一个性质，它直接影响着炉渣在高温状态下的行为，所以说，炉渣熔点

2、的测试在冶金炉渣的研究和工厂实际工艺操作中都扮演着非常关键的角色。 一般来说，炉渣熔点测试有两种方法，物性法、铂片法。高温物性测试仪用半球点法根据试样在加热过程中的软化、熔融、液化过程的轮廓变化及相应的温度时间等指标进行炉渣熔点测定。这样更加准确、快速、简便地得出想要的结果。然而，当试样加入的时候，会对炉温的控制产生阶跃扰动，为此，需要设计并制作传感器、信号变送和模型建立，实现串级控制，克服大扰动对控制参数的负面影响。另外，在半球点法熔点仪的研发中，发现升温速度对测试结果有着较大的影响。所以要按照线性行业标准，在根据需要的升温速度下，对加热功率进行精准跟踪的仿真控制研究。3、国内外研究现状 1

3、922年，美国的Minorsky在对船舶自动导航的研究中，提出了基于输出反馈的比例积分微分（PID，Proportional Integral Differential）控制器的设计方法，标志了PID控制的诞生。随后，PID控制器就以其结构简单、对模型误差具有鲁棒性(Robustness)以及易于操作等特点，在大多数控制过程中能够获得满意的控制性能，到了20世纪40年代就已在过程控制中得到了广泛的应用。 随着20世纪工业生产的发展，生产过程对自动控制日益要求提高，单回路PID控制虽然具有结构简单、容易实现、控制效果好特点，但渐渐不能满足日益发展的复杂的过程控制工艺的要求。在

4、常规串级控制系统中，由于串级PID控制系统具有良好的抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量，对改善控制品质有独到之处，因而在21世纪前后国内外的生产实践控制系统中得到了广泛应用。电加热炉的精准控温系统都是针对其滞后性开发出智能PID控温系统，来实现所需精度的升温阶段动态稳定和静态恒温稳定。智能PID控温系统包含传统PID控制、模糊PID控制和神经网络PID控制系统，可以根据不同加热系统编制适合这个系统的智能控温系统。在主汽温控制系统中有PFC-PID串级控制，对于锅炉汽包水位有MFAC-PID串级控制，对于加热炉的集散控制系统更有GPC-PID串级控制，还有很多实例都说明了串级控制的优点和大量应

5、用。3、 设计方案分析 串级PID控制在回路系统上增加了一个副回路，故而使得性能得到改善。首先，副被控变量检测到扰动的影响，并通过副回路的定值作用及时调节操纵变量，使副回路被控变量回复到副设定值，从而使扰动对主控变量的影响减少。副环回路对扰动进行粗调，主环回路对扰动进行微调。 用MATLAB进行PID控制的优点。MATLAB具有强大丰富的内置函数以及高度灵活的可编程性，特别适合数据处理以及结果的图形化显示，所以用MATLAB进行数据处理以及结果的图形化显示能够及时直观快捷地掌握控制的现场数据，从而方便观察测量。 半球点测试仪需要实现两大功能：一是测试试样的熔化速度，也就是在恒温条件下试样熔化到

6、3/4原始高度所需的时间；二是在恒定升温速度条件下测试试样熔化的开始温度、半球点温度（1/2试样原始高度的温度）、熔化终了温度。 要实现上述功能必须要在线监控试样的高度变化和炉内的温度变化，就要利用CCD成像自动系统、电路温度自动控制系统、数据采集系统这三个硬件设施，围绕之前提到的各个方面进行智能设计和控制分析。5、课题任务 本课题来源于企业横向项目，首先是为半球点法熔点仪制作传感器，利用数字式示波器传递信号，建立模型并在MATLAB仿真软件上仿真模拟，利用MCU开发平台设计控制系统、数据采集、进行智能测控。并在指定升温速率下用相应的硬件设施对加热功率进行精确的控制，达到智能控温的目的。6、重

7、点研究内容1熔点仪传感器的设计2信号变送并分析曲线特征3建模并用MATALAB仿真模拟4串级控制克服大滞后系统5掌握加热功率的控制规律7、实现途径1大量阅读串级智能控温的相关文献2学习并了解计算机图像识别技术3学习并了解PID及其他控制算法4采集数据并确定半球点法熔点仪参数5利用CCD成像自动系统、电路温度自动控制系统、数据采集系统在线监控试样高度变化和炉内温度变化6为温度大滞后系统设计回路并利用补偿方案进行串级控制，精准控制加热功率8、进度计划序号起止周次工 作 内 容115周查阅相关中外文文献，了解情况;完成文献翻译工作,完成开题报告。267周准备实验所需材料和所需的实验设备。3811周进

8、行相关的理论计算以及实验室模拟实验。41213周分析整理数据，得出结论。51415周撰写论文616周答辩 学生签名： 年 月 日9、指导教师意见指导教师签名： 年 月 日10、主要参考文献：1 刘长玉.自动检测和过程控制（第4版）M.冶金工业出版社，北京，20102 杨晶.VB6.0程序设计教程.科学出版社.北京，20113 张铮.精通MATLAB数字图像处理与识别.人民邮电出版社,北京,20114 韩宝江, 张伟, 康尔良. 基于 MATLAB的模糊参数自整定 PID 控制器的仿真研究J.黑龙江水专学报, 2009.5 姜培刚. 模糊技术在炉温控制中的应用J. 机械制造, 2001.6 张凯举,邵诚.钢铁工业加热炉先进控制技术及其发展J.冶金自动化.2003.7 吴兴纯 ，赵金燕1，杨秀莲 ，杨燕云. 智能PID 算法在炉温度控制系统中的运用J.机电工程.20011.88 夏春梅,黄凤良. 热电偶校验炉程序升温装置的智能PID控制研究J. 南京师范大学学报(工程技术版). 2005(04)9 赵国树.基于Fuzzy- PID 控制算法的匀速升温控制系统J.冶金自动化.2003.10 邢伟,潘海鹏. 电阻炉智能温度控制系统的设计与仿真研究J. 浙江理工大学学报. 2008(05)11 韩大平,林国海,