电动调节阀动态特性与控制研究

发布时间：2019-09-26 23:58

【摘要】：调节阀是工业自动化过程控制中重要的执行单元仪表,随着现代科学技术的发展,调节阀的控制精度要求越来越高,市场需求量也越来越大,其中所需的高性能调节阀所占的比例越来越高,为了满足国内工业生产的需要,同时也为了打破国外在这方面对我国的垄断,我们需要开发出具有独立自主知识产权的高性能调节阀。而调节阀的性能主要取决于配套的执行机构,电动执行机构作为其中的一种,由于驱动能源方便获得、体积小等特点得到广泛应用,本文结合电动调节阀的发展现状以及发展趋势,以提高响应速度、保证控制精度为目标,开展了新型电动调节阀动态特性和控制系统的研究。首先阐述了电动调节阀执行机构的工作原理,在现阶段国内外产品的基础上,自主设计了一款电动执行机构,根据具体工况要求完成了执行电机等主要零部件的选型及驱动系统设计,该系统设有手动机构,能够在电源故障时手动调节阀门,此外该执行机构还设计有行程限位以及力矩保护等安全保护机构,以确保生产安全进行。其次,根据执行器生产过程中的功能要求和生产特点,开发了一套以51单片机为核心的调节阀控制器,该控制器实现了键盘输入、数据采集、液晶显示、数据存储、红外控制、温度检测、危险报警等功能。控制器各个部分的硬件电路图均在Protel软件中绘制完成,软件部分在Keil uVision4中实现了主程序及各子程序的编程。再次,根据电动执行机构的工作原理,建立了所设计的调节阀驱动系统的动态数学模型,并研究了调节阀门负载与压力之间的关系,推导出了系统的传递函数,最后在MATLAB中通过绘制系统Bode图对系统的稳定性进行了分析,分析结果表明,系统有足够的稳定裕度。最后,将模糊控制与PID控制相结合设计了一种增量式模糊PID控制器,提出了一种基于改进遗传算法的智能优化控制策略,基于以往人们从经验和实验中归纳获得的模糊规则表,通过在MATLAB中编程来模拟仿真模型运行的方法,利用遗传算法和已建立的数学模型在模糊规则表中各个点的附近空间进行搜索,最终得到一组优化了的模糊控制规则；随后在Matlab/Simulink环境下对整个控制系统的动态性能如阶跃响应、跟踪性能、抗干扰性能等进行了仿真,并将仿真结果与常规PID控制结果进行了比较,仿真结果表明,系统经由优化后的模糊PID控制,响应速度得到了提升,调整时间减小,并达到高的稳态精度。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP214

【参考文献】