19世纪70年代以来（全盘自动化阶段）：发展到现代过程控制的新阶段，这是过程控制发展的第三个阶段。此阶段主要特点为检测和控制仪表升级为新型仪表、智能化仪表、微型计算机；过程控制系统结构变化为单、多变量系统，控制规律复杂多样，有PID控制规律、特殊控制规律，控制方法主要有定值控制、最优控制、自适应控制等，控制方式由仪表控制系统转变为智能化计算机分布式控制系统；在控制理论上，过程控制领域出现了更多的现代控制理论，如状态空间分析，系统辨识与状态估计，最优滤波与预报等[7]。文献综述

1。3  国内外研究现状

1。4  本文主要研究内容

本课题的主要任务是设计单容水箱温度控制系统方案并对控制算法进行研究，实现对单容水箱水温的有效、快速和稳定控制。

本文首先介绍了单容水箱温度控制系统的结构组成，并以所设计的温度控制实验系统为基础建立了单容水箱温度对象的数学模型，最后根据该对象的特点进行了几种控制算法的研究，并利用MATLAB软件对实验结果进行了分析。根据本课题所研究的内容，论文结构安排如下：

第1章为绪论。概述了过程控制系统及温度控制的研究背景及意义，介绍了国内外研究现状，最后明确本文的主要研究内容和组织结构。

第2章为水箱温度控制系统设计。介绍了过程控制系统的基本结构和基本特性，设计了水箱温度控制系统的硬件结构方案，并对主要控制器件进行选型，最后描述了温度控制系统的工作过程。

第3章为单容水箱温度过程建模。介绍了数学模型及建立数学模型的方法，然后采用实验建模的方法建立了水箱温度过程的数学模型。

第4章为控制算法研究及分析。介绍了PID算法基本原理及系统的软件系统设计过程；基于单容水箱温度控制系统，采用逻辑PID算法，分段逻辑PID算法等实现了单容水箱温度定值控制目标；利用MATLAB软件对实际控制曲线进行分析，比较温度控制效果。

第5章为结论。总结论文研究工作，分析实验过程中存在的问题和可能的解决方案；最后提出该系统未来可行的研究方向。

2  水箱温度控制系统设计

2。1  过程控制系统组成及特点

凡是运用数字或模拟控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行自动控制的系统统称为过程控制系统。过程控制系统的主要组成环节为测量元件、变送器、调节器、调节阀和被控过程。若将测量元件、变送器、调节器和调节阀并称为过程检测控制仪表，则一个最简的过程控制系统是由过程检测控制仪表和被控过程两部分组成[18]。过程控制系统的一般框图如图2。1所示。

图2。1  过程控制系统一般方框图

与其它自动控制系统相比，过程控制系统有以下几个主要特点：系统由过程检测控制仪表组成；被控过程的多样性；控制方案的多样性；过程控制的控制过程大多属于慢过程，而且大多都是对参量进行控制；定值控制是过程控制的一种主要控制形式[19]。

2。2  温度控制系统方案设计

过程控制系统设计包括系统的方案设计、工程设计、工程安装和仪表调校、调节器参数整定等四个主要内容。其中，控制方案的设计又是过程控制系统设计和应用的核心。

本文以实验室水箱、管路、温度传感器、接口板卡等为基础，通过购置加热器、执行器，构建了完整的温度控制系统，实验原理图如图2。2所示。

图2。2  水箱温度控制系统原理图来:自[优E尔L论W文W网www.youerw.com +QQ752018766-