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开题报告

毕业设计（论文）开题报告

学生姓名：

刘佳学号：

0328

专业：

自动化0103

设计（论文）题目：

中小型燃煤锅炉过热蒸汽

温度控制系统设计

指导教师：

谭梅

2005年03月25日

开题报告填写要求

1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）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（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。

2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从电气系网页或各教研室FTB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．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料。

4．统一用A4纸，并装订单独成册，随《毕业设计论文》等资料装入文件袋中。

毕业设计（论文）开题报告

1．文献综述：

结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。

文献综述

---------------------------控制理论的发展

所谓自动控制，是指在无人直接参与的情况下，利用自动控制装备（通常简称控制器）使整个生产过程或机械（称为被控对象）自动地按预先规定的规律运行，或使它的某些参数（称为被控量）按预定要求变化。

自动控制理论是研究自动控制共同规律的科学。

它的发展初期是以反馈理论为基础的自动调节原理，随着工业生产和科学技术的发展，现在以发展成为一门独立的学科——控制论。

在18世纪人们发现了两类机器：

机器工具机和机器发动机，来代替人手和体力，开始实现机械化。

但人们总希望能用机器来代替人的非创造性的脑力劳动，实现自动化。

在本世纪的40、50年代即第二次世界大战期间和以后，由于军事上和生产上的需要，自动控制技术开始迅速发展，发明了第三类机器——机器控制器，来代替人的一部分简单的管理工作，形成了自动控制系统。

而研究它的理论即自动控制理论也相相应得到发展。

到本世纪50年代末，自动控制理论已经形成比较完整的理论体系，形成以频率特性为主要工具的一整套自动控制理论，并在工程应用中得到成功的应用，一般称它为经典控制理论。

它主要研究单输入、线形、定常系统的输出控制，它的数学工具是拉氏变换、传递函数，它的主要方法频率法和根轨迹法。

进入50年代以来，由于航天技术的发展，要求有高性能、高精度的复杂的控制系统，经典控制理论不能满足要求。

由于电子计算机技术的飞速发展，又在客观上提供了必要的技术手段。

从而使自动控制理论发展到一个新的阶段——现代控制理论，并出现许多新的学科分支和边缘学科，如“工程控制论”、“生物控制论”、“社会控制论”等。

现代控制理论研究多输入（包括单输入单输出）、线形或非线形、定常或时变系统的状态控制，它的数学工具是矩阵理论、矢量微分方程理论、集合论等，它的主要方法是状态空间分析法。

随着要研究的对象和系统越来越复杂，借助与数学模型描述和分析的传统控制理论难

以解决复杂的控制问题，产生了有效的将熟练的操作工、技术人员或专家的经验知识和控制理论结合起来去解决复杂系统的控制理论——智能控制理论。

它的概念主要是针对控制对象及其环境、目标和任务的不确定性和复杂性而提出来的。

一方面，这是由于实现大规模复杂系统的控制需要，另一方面，也是由于现代计算机技术、人工智能和微电子学等学科的高速发展，使控制的技术工具发生了革命性的变化。

可以说，一个智能化的工业时代已经到来。

这一时代的明显标志就是智能自动化，而作为智能自动化基础的“智能控制”的应运而生则是历史的必然。

在我国,锅炉的控制经历了四个阶段:

手工控制阶段﹑专用仪表控制阶段﹑电动单元组合阶段﹑计算机控制阶段。

对于锅炉的控制系统,过去我们所注重的是安全性和可靠性,这是由于锅炉在生产中会受到一个最大温度的限制－－最高温度值。

当锅炉的实际温度超过最高温度值时,其本身会烧干,甚至会导致锅炉的爆炸。

因此,安全性和可靠性是极其重要的。

但是在我国的经济和政治地位不断提升的今天,由于整个社会对节约能源和环境保护要求的越来越高,锅炉需要一个最佳燃烧控制,以提高燃料的燃烧率,减少残留物对环境的污染。

而现在我国多采用常规PID控制,但对于锅炉这种工业过程中时变﹑非线形﹑滞后或高阶大惯性对象,由于难以切顶恰当的PID参数,常规PID难以取得满意的控制效果。

因此,需要智能控制来帮忙实现。

随着国家对节约能源﹑提高效率﹑环境保护的意识的提升,开发生产效率高环保节能的锅炉是市场发展的必然结果,因此通过智能控制系统对锅炉的控制也日趋重要。

智能控制系统包括模糊控制﹑自适应PID控制和神经网络控制等控制系统。

模糊控制是建立扫人工经验基础上的。

对于一个熟练的操作人员，他要凭借其丰富的实践经验采取适当的对策来巧妙地控制一个复杂过程。

如果用模糊数学将其定量化为模糊控制算法，从而形成了模糊控制理论。

它在最近的短短十多年来发展如此迅速，应主要归结于模糊控制器的一些明显的特点：

（1）无需知道被控对象的数学模型模糊控制是以人对被控系统的控制经验为依据而设计的控制器，故无需知道被控系统的数学模型。

（2）是一种反映人类智慧思维的智能控制模糊控制采用人类思维中的模糊量，控制量由模糊推理导出。

这些模糊量和模糊推理是人类通常智能活动的体现。

（3）易被人们所接受模糊控制的核心是控制规则，这些规则是以人类语言表示的，易被一般人所接受和理解。

（4）构造容易用单片机等来构造模糊控制系统，其结构与一般的数字控制系统无异模糊控制算法用软件实现。

（5）鲁棒性好模糊控制系统无论被控对象是线形的还是非线形的，都能执行有效的控制，具有良好的鲁棒性和适应性。

综上所述，模糊控制是一种更人性化的方法，用模糊逻辑处理和分析现实世界问题，其结果往往更符合人的要求。

用模糊控制更能容忍噪声干扰和元器件的变化，使系统适应性更好。

模糊控制由于拥有众多的优点，其应用领域更加广泛，应用前景更加开阔。

对于自适应PID控制,传统的PID控制器是过程控制中应用最基本的一种控制器，它具有简单、稳定性好、可靠性高等优点。

PID调节规律对于相当多的工业控制对象，特别是对于线形定常系统控制是非常有效的。

其调节过程的品质取决于PID控制器各个参数的整定。

同时我们也注意到，考虑到模糊控制实现的简易性和快速性，通常以系统误差e和误差de为输入语句变量，因此它具有类似于常规的PD控制器特性。

由经典控制理论可知，PD控制器可获得良好的系统特性，但无法消除静态误差。

模糊控制可以将人的经验﹑智慧总结提炼成模糊规则,效仿人的控制经验而不依赖对象的模型进行直接推理,其应用越来越广泛,成为智能控制的一个重要方面。

但对于高阶大惯性环节控制精度往往不太理想。

利用模糊推理蕴涵人的经验和智慧,常规PID控制可以改善系统的动态特性和稳态特性的优点,提出了一种利用模糊逻辑对PID控制器进行在线自调整的方法,不模糊逻辑推理和PID控制结合起来,取得了优良的效果。

神经网络具有大规模并行性、冗余性、容错性、本质的非线形及自组织、自学习、自适应能力，故已成功得应用于许多不同的领域。

神经网络的诞生同样给不断面临着挑战的控制理论带来生机。

控制理论在经理了经典控制论、状态空间论、动态规划、最优控制等阶段以后，随着被控对象变得越来越复杂、控制精度越来越高、对对象和环境的知识知道甚少的情况下，智能控制理论和技术迅速崛起。

此外，在有众多不确定因素和难以确切描述的非线形控制系统中，对控制的要求也越来越高，因此迫切希望新一代的控制系统具有自适应自学习能力、良好的鲁棒性和实时性、计算简单、柔性结构和自组织并行离散分布处理等智能信息处理的能力。

用神经网络构成的控制系统就是这样一代新颖控制系统之一。

由于神经网络本身具备传统的控制手段无法实现的一些优点和特征，使得神经网络控制器的研究迅速发展。

从控制角度看，神经网络用于控制的优越性主要表现为：

（1）神经网络可以处理那些难以用模型或规则描述的过程或系统。

（2）神经网络采用并行分布式信息处理方式，具有很强的容错性。

（3）神经网络是本质的非线形系统。

（4）神经网络具有很强的信息综合能力。

它能够同时处理大量不同的输入，能很好地解决信息之间的互补性与冗余性问题，能恰当地协调好互相矛盾的输入信息。

（5）神经网络的硬件实现愈趋方便。

大规模集成电路的发展为神经网络的硬件实现提供了技术手段，这使处理速度进一步提高，为神经网络的应用开辟了广阔的前景。

模糊自学习的可编程控制器用于锅炉的燃烧系统中，突破了单变量﹑线形系统的传统数学模型描述，提出了一种新的可编程的模糊自学习控制方案。

实践证明，该方案提高了系统的动态和稳态性能，很适合该类型生产要求。

模糊－PI复合控制用于挤塑机温控系统中,将Fuzzy—PI复合控制取代单一Fuzzy控制方法，克服了传统PID控制参数整定繁琐,对控制对象的参数变化缺乏自适应性的不足,并成功应用于料筒加热器的控制，各项性能指标均明显改善，控温精度在0---500度范围内可达-1度-----+1度，最大超调为2度，并极大提高了系统的可靠性及抗干扰能力。

智能数字PID算法用于温度控制系统中,针对化工生产过程的特殊性,提出了一种通过恒温供水系统来实现温度控制的方法和智能数字PID控制算法,达到对生产过程的要求。

实践证明此方法适合该类型生产要求。

神经网络用于电热前床温度控制系统中,采用BP神经网络学习，在线调整加权系数，实现参数的自适应调整。

实验结果表明，该方法整定的温控系统，稳定性能好，控制精度高，较好地满足了铅锌冶炼过程的温度要求，是一种稳定、有效而实用的控制方法。

模糊自适应PID控制器用于设计和应用中,针对普通PID控制器对高阶大惯性环节对象的控制参数难以整定的问题,设计了一种基于模糊控制原理的PID参数自适应控制器,根据偏差和偏差变化率来实时调整Kp,Ti,Td参数。

试验结果表明,这种模糊自适应PID控制器有更好的控制效果,大大改善了系统的动态和稳态性能。

当前，自动控制技术已广泛应用于工、农业生产、交通运输、国防、航天等方面。

发电厂控制原动机转速的调速器,锅炉的水位控制器等,是在工业上最早应用自动控制

并获得成效的典型。

随着生产和科学技术的发展,自动控制技术在各个领域的应用已日趋广泛，不但使得生产设备或生产过程实现自动化，大大提高了劳动生产率和产品质量，改善了劳动条件，还在人类征服大自然，改善居住﹑生活条件方面也发挥了非常重要的作用。

利用智能控制进行生产的改装与革新，已成为当今制造业领域进行设备革命、提高生产力和市场竞争力的重要手段。

特别是生产的自动化改造，智能控制已成为一种技术潮流之一。

尽管内地某些电机厂家仍热衷于沿用传统的手动操作、半自动机床、单机自动化，而且其生产设备的自动化改造受到诸多方面的影响，但本课题的研究仍有着它极大的现实意义。

参考文献

[1]文锋．自动控制理论．北京：

中国电力出版社，1998

[2]韦巍．智能控制技术．北京：

机械出版社，2004

[3]窦振中．模糊逻辑控制技术及其应用．北京：

北京航空航天大学出版社，1995

[4]焦李成．神经网络的应用与实现．西安：

西安电子科技大学出版社，1995

[5]谭梅．挤塑机温控系统中模糊-PI复合控制的应用．湖南：

湖南工程学院学报出版社，2003

[6]庄利锋.模糊自适应PID控制器的设计及应用.天津：

自动化与仪表．2005

[7]黄颖．基于智能数字PID算法的温度控制系统．天津：

自动化与仪表．2005

[8]谭梅．基于神经网络的电热前床温度控制的研究．北京：

微计算机信息．2005

[9]张万忠.基于可编程控制器的模糊自学习锅炉燃烧控制系统.上海:

自动化仪表.2005

[10]张东波．采用神经网络优化调整因子的模糊控制器．上海：

电气自动化．2004

[11]屠乃威．参数自适应模糊PID控制器在温度控制系统中的应用．北京：

微计算机信息．2004

[12]程善美．一种基于神经网络的速度控制器．北京：

电气传动．2003

[13]M．Rao．IntegratedSystemforIntelligentControl．Springer-Verlag,1992

[14]JoseR．MichelL．．Fuzzylogiccontrol．Int．SystemsSci．1993,24（10）

毕业设计（论文）开题报告

２．开题报告：

一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施

开题报告

-----------------中小型燃煤锅炉过热蒸汽温度控制系统设计

一：

课题的目的与意义

锅炉控制涉及的项目很多,鼓风﹑引风﹑汽包水位﹑燃烧等都是参变量﹑强耦合﹑非线性系统,很难用传统的数学模型描述。

特别是温度控制系统,在工生产中,温度是重要的参数,直接影响产品的质量,多年来却一直没有成熟定性的自动控制方案,甚至一些国产的锅炉出厂时所配置的检测装备都不够齐全,多由经验丰富的操作工手动操作。

由于大型锅炉的过热器是在接近过热器金属的极限温度的条件下运行的，金属管强度的安全系数不大，过热蒸汽温度过高会降低金属管的强度，影响设备的安全；而温度过低有会使热效率下降。

同时过热蒸汽温度也是影响安全生产的重要因素，维持过热蒸汽温度相对稳定显得极为重要。

过热蒸汽的温度是生产工艺调整的重要参数，蒸汽温度过高会烧坏过热器的水管；温度过低会直接影响锅炉的效率。

在一般情况下蒸汽温度每降低5%效率将降低1%，从安全生产和技术经济指标上看，必须对蒸汽的温度进行自动调节，使蒸汽温度保持在额定值范围之内。

因此,选用合理定型的控制设备日益显得重要,建立一套实用可靠的温度控制系统是保证正常生产的一个基本条件。

本课题中小型燃煤锅炉过热蒸汽温度控制系统对于锅炉的研究生产、安全系数和经济发展具有重要的作用。

它适应先进的生产力要求，代表着我国新的发展方向和先进的技术水平。

这个发展方向和技术水平将不仅仅只是作为一个课题，而是应用于新产品的开发，从而提高我国工业生产的效率，增强我国的综合实力，进而缩短我国与发达国家的差距，这一同时也会促进我国农业的发展。

二：

课题发展现状和前景展望

前文提到，我国锅炉的控制经历了四个阶段:

手工控制阶段﹑专用仪表控制阶段﹑电动单元组合阶段﹑计算机控制阶段。

对于这些控制阶段，虽然手工控制阶段是通过人根据经验的积累估测温度，专用仪表控制阶段是通过简单的测温仪表测试温度，电动单元组合阶段是通过一系列电动机器量取温度，计算机控制阶段是通过计算机的控制系统得到温度，但它们的差别只是在于测量温度的工具“温度计”不同，却不能摆脱由人得到固定数据时发出添放燃料命令的麻烦。

而若能将智能控制的理论投放到对锅炉的温度控制系统中去，这种发令的工作即可以省去。

由智能控制实现对锅炉的温度控制，完全脱离人工操作，它相当于人的大脑，自动地在读取到固定温度值时向添放燃料的系统发出动作命令，精确、安全的完成整个控制过程。

因此，这个课题的研究对于今后工业农业乃至各个领域的发展都将起到深刻的作用，产生深远的影响。

除开本课题之外，智能控制研究也涉及到众多领域，从高技术的航天飞机推力矢量的分级智能控制空间资源处理设备的高自主控制，到智能故障诊断及控制重新组合，从轧钢机汽车喷油系统的神经控制到家电产品的神经模糊控制。

如果说智能控制在80年代的应用和研究主要是向工业过程控制，那么90年代，智能控制的应用已经扩大到面向军事高技术领域和日用家电产品等领域。

今天，“智能性”已经成为衡量“产品”和“技术”高低的标准。

近十多年来,人工智能技术﹑微计算机技术﹑模糊逻辑﹑神经网络﹑进化算法﹑信息科学及非线形科学等新兴科学迅猛发展,促使广大科学工作者又在维纳控制的思想指导下,在一个新的高度上进行控制理论﹑人工智能﹑计算机科学﹑神经生理学﹑信息科学等多种学科的密切合作,以期待更有效地模拟和控制人类的智能,开创智能控制论的新篇章.

三：

课题主要内容和要求

1．设计要求

本课题主要完成中小型燃煤锅炉过热蒸汽温度控制系统的控制算法研究与控制软件的设计工作。

本设计课题的任务主要研究中小型燃煤锅炉的过热蒸汽的温度控制系统的设计，包括蒸汽温度的控制方法、硬件、软件构成，以及到后面用MATLAB进行系统的仿真验证等。

2．设计内容

了解中小型燃煤锅炉的结构及工艺特点；

锅炉过热蒸汽温度控制系统工作原理分析;

建立数学模型；

自适应PID控制方案设计；

MATLAB仿真研究；

PID控制程序设计及调试。

完成文献综述、开题报告及毕业设计说明书的撰写工作。

四：

研究方法﹑步骤和措施

1．研究方法

通过查阅利用各种文献资料，利用实验室现有的锅炉相关的系统设备，掌握燃煤锅炉过热蒸汽温度控制系统的工作程序和原理。

本人设计的主要任务是控制算法的研究和仿真。

用神经网络进行控制算法的设计，用MATLAB进行仿真。

2．设计步骤

弄清课题任务及基本要求,搜集资料。

了解课题的研究现状,存在问题及研究意

义,做好文献综述。

查阅资料,自学相关内容,确定课题总体方案,确定课题任务和研究重点,做好选

题报告。

根据自己的研究方向,设计总体方案,设计系统软件模块,研究控制算法。

完成系统软件设计与调试,控制算法设计与仿真。

完成设计说明书。

整理资料,准备答辩。

3．具体措施

①第1—3周：

明确课题任务及要求，搜集课题所需资料，了解本课题研究现状、存在问题及研究的实际意义；写好选题报告和文献综述。

②第4—5周：

毕业实习

③第6—7周：

查阅相关资料，自学相关内容，确定课题方案。

④第8—12周：

控制算法设计及仿真。

⑤第13—15周：

整理资料，撰写毕业设计论文。

⑥第16周：

毕业论文审定、打印，答辩准备。

毕业设计（论文）开题报告

指导教师意见：

1．对“文献综述”的评语：

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导教师：

年月日

所在专业审查意见：

负责人：

年月日