基于模糊PID控制的参数自适应恒压供水系统的研究

发布时间：2017-06-28 20:03

  本文关键词：基于模糊PID控制的参数自适应恒压供水系统的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着城市化进程的推进及城市规模的日益扩大,工农业生产及生活用水量越来越大,供水系统面临着严峻的压力。尤其是用水高峰期,因水厂及管网能力有限,管网末端水压偏低,致使偏远地区及高层住宅用户用水困难。上述问题的有效解决方案是增加变频恒压供水系统,实现二次供水。现有的供水系统主要分为两大类:一类是水泵工频运行结合阀门开度调节供水,另一类为变频恒压供水。工频泵工频供水控制方式简单,但能耗高,性价比低。研究结果表明,水泵的轴功率与转速的三次方成正比,因而采用工频泵恒速供水将有很大一部分电能消耗在阀门和管阻上,用水和供水之间的平衡是通过改变管阻特性实现的,而非调节水泵的扬程特性实现的,因而在阀门及管阻上的能耗严重,供水效率低,水压波动大,可靠性低。本文针对供水系统中管网复杂、控制对象具有大滞后、高阶次、参数时变和非线性等特点,设计了智能恒压变频器将用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上,可通过实际用水情况调节管网压力,使供水和用水之间保持平衡,从而提高了供水的质量。本文主要工作如下:1.首先对恒压变频调速系统的工作原理、在供水系统上节能原理进行分析论述;指出目前变频恒压调速供水系统的现状及存在的问题。同时在此基础上,提出了自己改进的变频恒压调速供水系统的设计方案。2.较详细介绍了传统PID控制原理在水泵上的应用和存在的问题,以及PID的改进算法。提出数学模型的同时,应用模糊理论结合PID控制算法,在运行中让3个参数自动进行在线调整,从而对PID控制系统的优化,以适应复杂的供水系统。3.介绍基于单片机STM32变频恒压控制系统的硬件电路结构框图,对压力检测电路、信号输入电路、单片机与变频器的接口电路、工频电网电压检测电路、工频方波转化电路、A/D转换电路等进行了设计,并在硬件中提出了抗干扰设计。4.设计了系统主程序流程图、按键操作模块、LCD液晶显示模块、基于模糊理论参数自适应PID控制算法的软件设计。5.设计了系统主程序流程图、按键操作模块、LCD液晶显示模块、基于模糊理论参数自适应PID控制算法的软件设计。以及选用本项目制作的单片机恒压控制系统在检测台上进行调试,结果表明系统的结构设计、参数设置比较合理,能够实现供水系统的恒压控制。最后给出本系统存在的缺陷及后期需进一步研究的方向。
【关键词】：变频恒压 参数自适应 模糊 控制系统
【学位授予单位】：温州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU991;TP273.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题背景12-14
• 1.1.1 供水系统的需求12-13
• 1.1.2 变频恒压系统在国内外研究和发展趋势13-14
• 1.2 控制理论在恒压供水系统中的概述14-17
• 第二章 恒压供水原理与实现17-25
• 2.1 供水系统中调速的工作原理17-18
• 2.2 变频调速在供水系统中的节能原理18-22
• 2.2.1 供水系统的基本特征18-19
• 2.2.2 水泵变频调速的节能原理19-20
• 2.2.3 水泵变频调速节能具体分析20-22
• 2.3 变频恒压与常用给水设备的详细参数比较22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 恒压变频调速系统方案设计25-31
• 3.1 恒压变频控制原理25
• 3.2 恒压供水系统方案设计25-30
• 3.2.1 恒压供水系统的构成26-27
• 3.2.2 恒压变频调速供水系统的工作原理27-28
• 3.2.3 恒压变频调速供水系统的控制流程28-30
• 3.3 本章小结30-31
• 第四章 恒压系统自适应PID控制器设计31-51
• 4.1 自适应PID控制系统的组成和基本原理31-33
• 4.1.1 自适应系统的分类31-32
• 4.1.2 参数自适应系统基本原理32-33
• 4.2 传统PID控制调节33-34
• 4.3 智能自适应PID控制设计34-43
• 4.3.1 各变量隶属度函数的确定35-36
• 4.3.2 模糊控制器的设计如下36-38
• 4.3.3 建立模糊规则表38-43
• 4.4 控制算法的仿真研究43-49
• 4.4.1 恒压变频调速系统的近似数学模型43-44
• 4.4.2 MATLAB仿真分析44-49
• 4.5 本章小结49-51
• 第五章 供水系统硬件设计51-63
• 5.1 单片机系统的设计52-53
• 5.2 信号输入电路53-55
• 5.2.1 压力信号检测电路54
• 5.2.2 工频电网信号检测电路54-55
• 5.3 键盘输入电路55-56
• 5.4 显示器显示电路56
• 5.5 信号输出电路56-59
• 5.5.1 通讯接口电路56-57
• 5.5.2 继电器输出电路57-58
• 5.5.3 D/A输出电路58-59
• 5.6 同步切换电路59-60
• 5.7 系统硬件电路的抗干扰设计60-61
• 5.8 本章小结61-63
• 第六章 系统软件设计与调试63-73
• 6.1 系统主程序流程图63-64
• 6.2 系统模块程序设计与调试64-70
• 6.2.1 键盘模块64-66
• 6.2.2 数模信号转换程序模块设计66-67
• 6.2.3 LCD液晶模块程序设计67-69
• 6.2.4 串口中断模块程序设计69-70
• 6.3 系统调试70-72
• 6.4 本章小结72-73
• 第七章 总结与展望73-75
• 7.1 课题总结73-74
• 7.2 存在的问题及展望74-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-81
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文81

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