反应釜的温度控制系统毕业设计论文安徽工业大学毕业设计(论文)任务书课题名称反应釜的温度控制系统学院电气信息学院专业班级仪表093姓名学号099064035摘要反应釜是化工生产过程中的重要设备，反应过程中伴随有大量的吸、放热现象，具有大滞后、时变、非线性、反应机理复杂等特点.传统的PID控制是一种基于过程参数的控制方法。
具有控制原理简单、稳定性好、可靠性高、参数易调整等优点，但其设计依赖于被控对象的精确数学模型，在线橄定参数的能力差，而反应釜因为机理复杂、各个参数在系统反应过程中时变，不能建立精确的数学模型，不能满足系统在不同条件下对参数自整定的要求，因而采用一般的PID控制器无法实现对反应釜的精确控制。
模糊控制是一种基于规则的语言控制，在设计中不需要建立被控对象的精确数学模型，鲁棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，控制效果好。
但模糊控制器是以误差和误差变化作为输入变量，这种控制器具有模糊比例一微分控制作用，精度不太高、稳态误差较大、自适应能力有限和易产生振荡现象。
预测控制是一种优化控制算法，它是通过对某一性能指标的最优来确定未来的控制作用的，具有对模型要求低、鲁棒性好、适用于数字计算机控制的优点。
由于计算机模型预测控制具有良好的跟踪性能，能有效地提高系统的稳定性和消除误差，对滞后过程有明显控制效果，更加符合工业温度控制的实际要求，从而大大提高了温度控制系统的性能。
本文比较全面的分析了反应釜温度变化的特点以及控制难点，总结当前温度控制系统精度差的根本原因，在此基础上采用基于预侧的模糊自整定PID集成控制技术实现反应釜温度控制，其主要思想是利用系统模型的预测输出，结合常规PID的控制经验，采用模糊推理方法，对控制器算法进行改进。
实验结果表明，与通常的PID控制方案相比，该方案提高了系统的鲁棒性和适应性，较好的解决了反应釜温度控制的难题。
课题完成了反应釜温度控制系统的硬件电路的设计、系统软件的编译与调试，对基于预测的模糊自整定温度控制系统进行了仿真与实验研究，与PID控制方法相比，控制性能更加稳定，可靠性更高，实时性、适应性、鲁棒性都显著增强，控制效果较好。
关键词:反应釜，预铡控制，模糊控制，PID控制AbstractReactor is the important equipment in the process of chemical production, the chemical reaction accompanied by phenomenon whereby heat is liberated or absorbed, having characteristics of large time delay, time-varying, nonlinear, and the complicate d reaction mechanism.Traditional PID control is a control method based on process parameter, having many advantages of a simple control principle, good stability, high reliability and easy adjustment of parameters. But the design of the abject depends on the precise mathematical model and bad at tuning parameter online. The mechanism of reactor is complex and every parameter changes in the reaction process, unable to establish a precise mathematical model and it can not meet the requirements of self-tuning under different conditions. So the general PID controller can not be achieved on the precise control of reactor.Fuzzy control is a rule-based language control, the precise mathematical model does not need to be established in the design and with good robustness, the effect that interference and the changes of parameters have on the control result is greatly reduce ,with effective Control. However , the fuzzy controller takes error or error change for input variables and this controller has fuzzy proportion-differential control talc. The accuracy is net too high, with a larger steady-state error, limited adaptive ability and easy oscillation.Predictive control is an optimal control algorithm, which determines the future control role by optimization of a performance index; having advantages oflow model, good robustness, applicability to the merits of digital computer control. The predictive control of computer model has a good tracking performance, and it can effectively improve system stability and eliminate the error, has significant control result for lag process, more in line with the actual industrial temperature control requirements, so it greatly improves the performance of temperature control system.In this paper, the characteristics and control difficulty of reactor temperature change are analyzed, and the root causes of poor accuracy for the current temperature control system is summarized, on the basis ,a technology of fuzzy self-tuning PID control based on prediction is used to achieve reactor temperature control. The main idea is to use the prediction output of system model, combined with the experience of conventional PID control, using fuzzy reasoning algorithm to improve the algorithm of controller. The experimental results show that the PID control scheme, compared to the common PID control scheme, can improve the system robustness and adaptability, with a better solution to the reactor temperature control problem.This subject completes the hardware circuit design of the reactor temperature control system, the compilers and debugging of system software. Simulation and experimental study are done for fuzzy self-tuning PID control based on prediction, compared to the PID control method, the method has more stable control performance, higher reliability and the teal-time performance,adaptability, robustness are significantly increased. The control result is better.Keywords: Reactor, predictive control, fuzzy control, PID control.目录摘要 (2)Abstract (3)第 1 章绪论 (7)1.1国内外化工控制发展现状 (7)1.2控制方案的设计及不足 (8)1.3本课题采用的方案及内容 (8)1.4 本论文结构安排 (9)第 2 章温度控制系统方案 (10)2.1 微机控制系统简介 (10)2.1.1 微机控制系统分类 (10)2.1.2 微机控制系统硬件 (11)2.1.3 微机控制系统软件 (11)2.2 PID 及新型 PID 控制算法简介 (12)2.2.1 PID 控制算法的理论基础.. 122.2.2 数字 PID 控制算法的改进 142.2.3 新型 PID 控制算法 (14)2.3 反应釜温度控制系统 (16)2.4 小结 (17)第 3 章温度控制系统硬件设计 (18)3.1 中央控制单元 (18)3.1.1 中央控制单片机 (18)3.1.2 看门狗 (19)3.2 A/D 转换采样输入单元 (20)3.3 D/A 转换输出控制单元 (22)3.3.1 控制原理 (22)3.3.2 芯片及参数的选取 (23)3.4 键盘显示报警单元 (26)3.4.1 键盘显示部分 (26)3.4.2 报警部分 (27)3.5 电源单元 (27)3.6 小结 (28)第 4 章温度控制系统软件设计 (29)4.1 系统软件设计基本原理 (29)4.2 系统软件设计基本结构 (29)4.2.1 主程序结构 (29)4.2.2 参数调节中断服务程序 (30)4.2.3 采样中断程序 (31)4.3 Smith-PID 算法软件设计 (32)第 5 章系统调试 (33)5.1 控制算法参数整定与软件调试 (33)5.1.1 PID 整定简介 (33)5.1.2 PID 控制算法的整定 (33)5.1.3 算法软件调试 (34)5.2 实验结果 (34)5.3 抗干扰措施 (36)5.4 小结 (36)结论 (37)参考文献 (38)致谢 (39)第 1 章绪论1.1国内外化工控制发展现状进入现代社会，材料工业和人们的生活密不可分，如化工工业、医药、农药、染料、高新产业、信息产业等无不与材料工业密切相关，材料工业已经与能源，信息产业成为当代科学技术的三大支柱产业。