發(fā)布時間：2018-08-18 21:20

【摘要】：在現(xiàn)代工業(yè)和日常生活中LNG出口壓力控制系統(tǒng)具有非常廣泛的應(yīng)用。伴隨著工業(yè)的不斷發(fā)展,人們對于LNG出口壓力控制的要求也越來越高。然而,就工業(yè)現(xiàn)場的壓力控制而言,是具有多變、復(fù)雜特點的過程,同時,在實際工業(yè)現(xiàn)場中,會有來自不同方面因素對LNG出口壓力控制進(jìn)行影響,再加上壓力控制對象普遍具有非線性、大慣性、擾動因素多、大時滯等特點,這就會對壓力控制算法提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求。隨著科技的發(fā)展,出現(xiàn)了越來越多的先進(jìn)控制技術(shù)。由于它能夠克服傳統(tǒng)控制技術(shù)的不足,因此被廣泛地應(yīng)用到工業(yè)控制中。本文將LNG出口壓力作為研究對象,通過對廣義預(yù)測控制算法進(jìn)行研究,在此基礎(chǔ)上,引出了通過直接辨識控制律參數(shù)的方式,對算法進(jìn)行計算,使得此控制算法的實時性更高、快速性更強,稱之為隱式廣義預(yù)測控制算法,并建立了基于隱式廣義預(yù)測控制算法的LNG出口壓力控制模型,通過MATLAB仿真對比了當(dāng)前PID算法和隱式廣義預(yù)測算法對于壓力控制的效果,還建立了以STM32為下位機的MCU的最小系統(tǒng)以及必要的外圍電路設(shè)計,設(shè)計了壓力采集電路、比例電磁閥驅(qū)動電路,同時利用c#和visualstudio-2010設(shè)計了lng出口壓力控制上位機系統(tǒng),方便了用戶對于壓力的顯示和控制。論文的主要研究工作和創(chuàng)新點如下:1.隱式廣義預(yù)測控制算法的分析和研究。本文針對一般的廣義預(yù)測控制算法,需要重復(fù)對diophantine方程進(jìn)行在線推導(dǎo)、求解,同時也要多次對矩陣進(jìn)行求逆運算,這樣增加了計算量,同時也使計算變得復(fù)雜;假設(shè)對系統(tǒng)的原模型參數(shù)進(jìn)行直接辨識,同樣需要重復(fù)對diophantine方程進(jìn)行在線推導(dǎo)、求解,若想算出控制律,必須對控制器的參數(shù)進(jìn)行求解,這樣也會對計算時間有所加長,系統(tǒng)控制的實時性也會有所降低,考慮到以上因素嚴(yán)重制約了廣義預(yù)測控制算法的實際應(yīng)用,因此本文介紹了直接辨識控制律參數(shù)e、g、s。而不用對diophantine方程在線反復(fù)推理、求解,對于計算時間的減少具有明顯的幫助,在此基礎(chǔ)上發(fā)展了隱式廣義預(yù)測控制算法。2.基于隱式廣義預(yù)測控制算法的lng出口壓力控制系統(tǒng)建模和研究。由于lng壓力控制具有時變性、不確定性、大滯后性的特點,不僅僅是控制對象的不確定性、時變性、大滯后性,同時還具有儲罐容量大、較大波動的用氣量、小時供氣量不勻稱性等特點,且在壓力控制過程中,lng會有狀態(tài)的變化(液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)),因此現(xiàn)在用簡單的pid算法已經(jīng)無法達(dá)到控制的要求,利用隱式廣義預(yù)測控制算法的carima模型,以及將lng壓力控制抽象成一階線性滯后環(huán)節(jié),構(gòu)建了基于隱式廣義預(yù)測控制算法的lng出口壓力控制框圖和隱式廣義預(yù)測控制器。通過仿真發(fā)現(xiàn)隱式廣義預(yù)測控制對于壓力控制的快速性、穩(wěn)定性、魯棒性會更加完美。3.LNG出口壓力控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計。基于隱式廣義預(yù)測控制算法對本系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。在硬件上采用Cortex-M3為內(nèi)核的STM32微處理器來作為嵌入式控制器的核心CPU,搭建了STM32最小系統(tǒng),在此基礎(chǔ)上,設(shè)計了RS-485通信接口電路、壓力檢測電路、比例電磁閥驅(qū)動電路,并采用MODBUS-RTU協(xié)議作為通信協(xié)議,為了實現(xiàn)各模塊間的相互通信和信息傳輸?shù)姆�(wěn)定性,在原有協(xié)議的基礎(chǔ)上,針對本系統(tǒng)的需求,設(shè)計了控制協(xié)議的格式,方便上下位機信息交流。同時也方便了LNG出口壓力進(jìn)行實時數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)處理。4.LNG出口壓力控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。主要運用Visual Studio-2010開發(fā)平臺及C#語言進(jìn)行開發(fā),通過參考其它控制系統(tǒng)設(shè)計的經(jīng)驗以及操作人員的使用習(xí)慣,設(shè)計了LNG出口壓力控制上位機系統(tǒng),其主要包括系統(tǒng)設(shè)置界面、退出系統(tǒng)界面、參數(shù)設(shè)置界面、報表參數(shù)界面、用戶設(shè)置界面、設(shè)備設(shè)置界面等,實現(xiàn)對LNG出口壓力控制系統(tǒng)下位機的監(jiān)測、控制等功能。同時,上位機也能完成各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。
[Abstract]:LNG outlet pressure control system is widely used in modern industry and daily life. With the continuous development of industry, people have higher and higher requirements for LNG outlet pressure control. With the development of science and technology, more and more advanced control technologies have emerged, because of its ability to control the pressure of LNG outlet, which has the characteristics of non-linearity, large inertia, many disturbance factors and large time delay. In this paper, the LNG outlet pressure is taken as the research object, and the generalized predictive control algorithm is studied. On this basis, the method of directly identifying the parameters of the control law is proposed to calculate the algorithm, which makes the algorithm more real-time and fast. It is called implicit generalized predictive control algorithm, and the LNG outlet pressure control model based on implicit generalized predictive control algorithm is established. The effect of current PID algorithm and implicit generalized predictive control algorithm on pressure control is compared by MATLAB simulation. The minimum system of MCU with STM32 as its subordinate computer and its necessary are also established. Peripheral circuit design, design pressure acquisition circuit, proportional solenoid valve drive circuit, at the same time use C # and visual studio-2010 design of LNG outlet pressure control system, convenient for users to display and control the pressure. The main research work and innovation of this paper are as follows: 1. Implicit generalized predictive control algorithm analysis and research. For general generalized predictive control (GPC) algorithms, the Diophantine equation needs to be deduced and solved on-line repeatedly, and the matrix must be inverted many times at the same time. If you want to calculate the control law, you must solve the parameters of the controller. This will also lengthen the calculation time and reduce the real-time performance of the system control. Considering the above factors seriously restrict the practical application of the generalized predictive control algorithm, this paper introduces the direct identification of the control law parameters e, g, s. The implicit generalized predictive control algorithm is developed on this basis. 2. Modeling and research of LNG outlet pressure control system based on implicit generalized predictive control algorithm. Because LNG pressure control has time-varying, uncertain and large delay Posterior characteristics, not only the uncertainty of the control object, time-varying, large lag, but also has the characteristics of large tank capacity, large fluctuations in the amount of gas, the amount of gas supply is not symmetrical, and in the process of pressure control, LNG will change state (liquid into gas), so now using a simple PID algorithm has been unable to achieve In order to satisfy the control requirements, an implicit generalized predictive control algorithm based on Carima model and an implicit generalized predictive control algorithm based on the implicit generalized predictive control algorithm are used to abstract the LNG pressure control into a first-order linear hysteresis link. The hardware design of the LNG outlet pressure control system is based on the implicit generalized predictive control algorithm. The STM32 microprocessor with Cortex-M3 as the kernel is used as the core CPU of the embedded controller, and the STM32 minimal system is built. On this basis, the RS-M32 minimal system is designed. 485 communication interface circuit, pressure detection circuit, proportional solenoid valve drive circuit, and the use of MODBUS-RTU protocol as a communication protocol, in order to achieve the stability of communication and information transmission between the various modules, on the basis of the original protocol, according to the needs of the system, the control protocol format is designed to facilitate the exchange of information between the upper and lower computer. The software design of LNG outlet pressure control system is mainly developed by using Visual Studio-2010 development platform and C# language. By referring to the experience of other control system design and the usage habits of operators, the upper computer of LNG outlet pressure control is designed. The system mainly includes system setting interface, exit system interface, parameter setting interface, report parameter interface, user setting interface, equipment setting interface, etc. It can realize the monitoring and control functions of the lower computer of LNG outlet pressure control system.
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP273

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本文編號：2190713