本文關鍵詞：基于DSP的電液調(diào)節(jié)閥動態(tài)特性研究

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【摘要】：調(diào)節(jié)閥是工業(yè)自動化領域的重要控制元件,主要應用于石油化工、電站、冶金、造船、核工業(yè)、航空航天等行業(yè)的管網(wǎng)系統(tǒng)控制中�？茖W技術的快速發(fā)展使得高性能的調(diào)節(jié)閥的工業(yè)需求越來越大。而當前國內(nèi)高性能調(diào)節(jié)閥市場被國外占據(jù)大部分份額,為了打破壟斷,滿足工業(yè)發(fā)展需求,開發(fā)出擁有獨立知識產(chǎn)權的高性能調(diào)節(jié)閥迫在眉睫。在國家“863計劃”、高校博士學科點專項基金“大流量高頻響核電控制閥的多場耦合振動與泄漏自感知機理研究”的支持等的資助下,針對上述問題,本文進行了如下的研究工作：首先,以DSP為核心控制技術,基于智能控制系統(tǒng)的功能要求,開發(fā)了調(diào)節(jié)閥智能控制器。功能上實現(xiàn)了人機交互液晶顯示、數(shù)據(jù)采集處理、伺服電機驅(qū)動、溫濕度檢測等。硬件方面在Altium Designer軟件中完成硬件電路設計,軟件方面在CCS軟件中完成主程序以及部分子程序編譯、運行。并且針對于電磁干擾問題,在硬件軟件設計時,分別提出了一些具體改進措施。其次,結合電子控制與液壓傳動技術,設計了一款直驅(qū)式容積控制電液執(zhí)行機構,對該機構機械部分進行結構計算設計以及相關元器件的匹配計算和選用,然后對整體的執(zhí)行結構的減振減噪提出優(yōu)化改進措施。最后結合控制器部分,搭建了簡易實驗平臺,運用該套執(zhí)行機構對閥門開度進行模擬實驗,效果良好。再次,基于所設計的執(zhí)行機構各部分,對系統(tǒng)伺服電機、泵控缸以及閥門環(huán)節(jié)進行數(shù)學模型的建立,并推導出系統(tǒng)傳遞函數(shù),建立系統(tǒng)閥門開度、負載、流量間的關系。通過Matlab中系統(tǒng)穩(wěn)定性的Bode圖判據(jù),得出系統(tǒng)穩(wěn)定性良好,穩(wěn)定裕度較大。最后,結合模糊控制與PID控制的控制策略,提出了一種優(yōu)化后的模糊PID控制策略,該策略運用PSO算法改進了基于專家經(jīng)驗的模糊控制規(guī)則表的部分點來更加適應于該控制系統(tǒng)；在Matlab的Simulink模塊中,在PID控制策略和改進模糊PID控制策略下進行仿真來研究系統(tǒng)的動靜態(tài)特性,仿真結果表明,相比于傳統(tǒng)PID控制,改進后的控制策略下,系統(tǒng)的階躍響應能力更強、超調(diào)量控制更好、波形追蹤性能更優(yōu)、抗干擾性能更好,良好的穩(wěn)態(tài)精度使得其更加適用于高性能調(diào)節(jié)閥的控制上,滿足設計要求。
【關鍵詞】：電液執(zhí)行機構 DSP PSO算法 模糊PID
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH137.52
【目錄】：

• 摘要11-13
• ABSTRACT13-15
• 第一章 緒論15-25
• 1.1 課題研究背景與意義15-16
• 1.2 調(diào)節(jié)閥的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢16-19
• 1.2.1 調(diào)節(jié)閥簡介16-17
• 1.2.2 調(diào)節(jié)閥發(fā)展過程和趨勢17-19
• 1.3 電液伺服系統(tǒng)19-22
• 1.3.1 電液伺服系統(tǒng)簡介19
• 1.3.2 DDVC電液伺服系統(tǒng)與傳統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)的區(qū)別19-21
• 1.3.3 DDVC電液伺服系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀21-22
• 1.4 本文主要內(nèi)容22-25
• 第二章 DSP技術在電液調(diào)節(jié)閥控制器的應用研究25-49
• 2.1 DSP的應用研究25-27
• 2.1.1 DSP特點25-26
• 2.1.2 DSP在調(diào)節(jié)閥控制器的應用26-27
• 2.2 基于DSP的調(diào)節(jié)閥控制器的的功能設計27-28
• 2.3 控制器的硬件設計28-39
• 2.3.1 控制器核心模塊28-29
• 2.3.2 基本系統(tǒng)及擴展部分設計29-32
• 2.3.3 JATG接口電路32
• 2.3.4 人機交互模塊32-35
• 2.3.5 數(shù)據(jù)采集35-36
• 2.3.6 擴展功能模塊36-37
• 2.3.7 伺服電機驅(qū)動模塊37-39
• 2.4 控制器的軟件設計39-48
• 2.4.1 應用軟件概述39-40
• 2.4.2 主程序40-42
• 2.4.3 子模塊程序42-48
• 2.5 本章小結48-49
• 第三章 系統(tǒng)可靠性和抗干擾設計49-57
• 3.1 系統(tǒng)干擾的來源49-50
• 3.2 系統(tǒng)硬件電路的抗干擾措施50-53
• 3.3 系統(tǒng)軟件的抗干擾措施53-55
• 3.4 本章小結55-57
• 第四章 直驅(qū)式電液執(zhí)行機構的研究57-71
• 4.1 直驅(qū)式電液執(zhí)行機構57-58
• 4.1.1 直驅(qū)式電液執(zhí)行機構工作原理57-58
• 4.1.2 直驅(qū)式電液執(zhí)行機構應用58
• 4.2 直驅(qū)式電液執(zhí)行機構元器件設計和選取58-66
• 4.2.1 液壓缸的設計58-61
• 4.2.2 液壓泵的選擇61
• 4.2.3 電動機的選擇61-62
• 4.2.4 管件選擇和油箱設計62-64
• 4.2.5 過濾器和蓄能器的設計64-66
• 4.2.6 液壓閥的選擇66
• 4.3 直驅(qū)式電液執(zhí)行機構的實驗臺搭建66-68
• 4.4 直驅(qū)式電液執(zhí)行機構減振降噪措施研究68-70
• 4.4.1 電動機振動68
• 4.4.2 齒輪泵的振動68-69
• 4.4.3 油路管道的共振噪聲問題69-70
• 4.4.4 油箱的噪聲控制70
• 4.5 本章小結70-71
• 第五章 直驅(qū)式電液調(diào)節(jié)閥的系統(tǒng)建模71-85
• 5.1 交流伺服電機調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型71-73
• 5.2 泵控缸數(shù)學模型73-76
• 5.3 調(diào)節(jié)閥門的數(shù)學模型76-79
• 5.3.1 調(diào)節(jié)閥門負載力模型76-78
• 5.3.2 調(diào)節(jié)閥門閥芯位移、輸出壓力方程78-79
• 5.4 調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)的傳遞函數(shù)79-82
• 5.4.1 調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構的傳遞函數(shù)79-81
• 5.4.2 智能調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)各參數(shù)的確定81-82
• 5.5 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析82-83
• 5.6 本章小結83-85
• 第六章 調(diào)節(jié)閥PSO優(yōu)化模糊PID控制研究85-105
• 6.1 微粒群算法85-88
• 6.1.1 基本微粒群算法(BPSO)原理85-86
• 6.1.2 改進慣性權重微粒群算法86-87
• 6.1.3 改進微粒群算法流程87-88
• 6.1.4 微粒群算法特點和應用88
• 6.2 基于PSO算法的模糊PID控制器的研究88-99
• 6.2.1 模糊控制的基本原理88-89
• 6.2.2 模糊PID控制器的研究89-94
• 6.2.3 PSO算法優(yōu)化模糊控制94-99
• 6.3 系統(tǒng)性能仿真分析99-104
• 6.3.1 系統(tǒng)的單位階躍響應性能100-101
• 6.3.2 系統(tǒng)的追蹤性能101-102
• 6.3.3 系統(tǒng)的抗干擾性能102-104
• 6.4 本章小結104-105
• 結論與展望105-107
• 參考文獻107-113
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文113-115
• 致謝115-116
• 附件116

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