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铁矿石软化熔融过程智能温度控制系统的研究与设计

作　者: 梁艳妮
导　师: 黄运生
学　校: 中南大学
专　业: 电路与系统
关键词: 铁矿石软化熔融 智能控制 硅钼棒炉 升温速率 恒温效果
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


用于铁矿石软化熔融过程的硅钼棒炉是一种非线性、时变性、大时滞的被控对象,难以对其确立精确的数学模型。本文在研究硅钼棒炉温度-电阻特性的基础上,结合铁矿石软化熔融过程中的温度控制要求,提出了一种温度-电流双环控制策略,以温度环作为外环对硅钼棒炉的温度进行控制;以电流环作为内环对硅钼棒的表面负荷进行控制。在此基础上,深入研究了传统PID控制算法和模糊控制算法。结合两者的优势,设计了基于模糊规则切换的FUZZY-PID双模控制算法,并重点研究了铁矿石软化熔融过程中升温速率和恒温效果的智能化处理方法。仿真结果表明,该智能控制算法对于一阶纯滞后的系统,具有结构简单、动态响应速度快、稳态精度高、鲁棒性强的特点。在算法创新的基础上,本文还设计了一套以C8051F020单片机为核心,基于FUZZY-PID双模复合控制算法的智能温度控制系统。系统采用模块化设计方法,人机界面友好,操作简便。实验结果表明,该系统可以在较大控温领域(室温～1600℃)对硅钼棒炉进行控温,并能够满足系统在升温及恒温过程中的温度控制要求,为铁矿石软熔性能参数的获取提供了良好的条件。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 课题来源及研究意义  9
  1.2 课题研究背景与国内外研究现状  9-12
  1.3 本课题研究内容  12-13
  1.4 本章小结  13-14
第二章 系统总体设计  14-23
  2.1 温度控制系统原理  14-15
  2.2 铁矿石软化熔融化学过程  15-17
    2.2.1 原理  15
    2.2.2 试验方法  15-17
    2.2.3 试验结果  17
  2.3 控制对象研究  17-19
  2.4 温度控制方法介绍  19-21
    2.4.1 传统控制方法  19-20
    2.4.2 智能控制方法  20-21
    2.4.3 本系统控制策略的选择  21
  2.4 系统总体方案设计  21-22
  2.5 本章小结  22-23
第三章 系统控制算法研究  23-41
  3.1 PID控制原理及算法研究  23-26
    3.1.1 PID控制技术  23-24
    3.1.2 PID控制器参数自整定  24-26
  3.2 模糊控制原理及算法研究  26-35
    3.2.1 模糊控制基本原理  27-28
    3.2.2 模糊控制器的设计  28-35
    3.2.3 模糊控制系统的性能分析  35
  3.3 FUZZY-PID双模复合控制算法研究  35-38
    3.3.1 基于阈值切换的FUZZY-PID双模控制  36-37
    3.3.2 基于模糊规则切换的FUZZY-PID双模控制  37-38
  3.4 升温速率和恒温效果控制的研究  38-40
  3.5 本章小结  40-41
第四章 系统硬件分析及设计  41-59
  4.1 系统的性能要求及特点  41-42
  4.2 系统硬件总体结构设计  42-43
  4.3 主模块的器件选型及设计  43-44
    4.3.1 C8051F020单片机简介  43-44
    4.3.2 主控电路及其电源设计  44
  4.4 人机接口电路的设计  44-48
    4.4.1 面板的设计  44-45
    4.4.2 显示电路的设计  45-46
    4.4.3 键盘及复位电路的设计  46-48
  4.5 输入通道设计  48-50
    4.5.1 热电偶工作原理  48-49
    4.5.2 A/D转换电路设计  49-50
  4.6 输出通道设计  50-55
    4.6.1 D/A输出模块设计  50-51
    4.6.2 功率调节模块设计  51-55
  4.7 调试接口电路设计  55
  4.8 通讯模块设计  55-56
  4.9 硬件抗干扰设计  56-58
  4.10 本章小结  58-59
第五章 系统软件分析及设计  59-77
  5.1 集成开发环境简介  59-60
  5.2 软件组成  60
  5.3 主模块设计  60-64
  5.4 采样处理模块设计  64-70
    5.4.1 数据采集过程  64-65
    5.4.2 数字滤波  65-67
    5.4.3 热电偶线性化处理  67-70
  5.5 输入腧出模块设计  70-72
    5.5.1 键盘处理  70-71
    5.5.2 显示处理  71-72
  5.6 控制算法模块设计  72-74
  5.7 上位机监控软件设计  74-76
  5.8 本章小结  76-77
第六章 系统控制策略仿真及调试  77-91
  6.1 MATLAB/Simulink软件简介  77
  6.2 控制算法仿真比较  77-84
    6.2.1 电流环PI控制器仿真  78-79
    6.2.2 FUZZY-PID双模控制算法仿真比较  79-82
    6.2.3 双闭环环控制器仿真  82-84
  6.3 系统调试  84-90
    6.3.1 触发器调试  85-87
    6.3.2 模块化的功能调试  87
    6.3.3 恒温阶段智能化处理  87-88
    6.3.4 开环系统调试  88-89
    6.3.5 闭环系统调试及其结果分析  89-90
  6.4 本章小结  90-91
第七章 总结与展望  91-93
参考文献  93-97
致谢  97-98
攻读硕士学位期间的研究成果  98

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统 > 计算机控制、计算机控制系统
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