基于DSP的电液调节阀动态特性研究

发布时间：2017-08-29 14:44

  本文关键词：基于DSP的电液调节阀动态特性研究

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【摘要】：调节阀是工业自动化领域的重要控制元件,主要应用于石油化工、电站、冶金、造船、核工业、航空航天等行业的管网系统控制中。科学技术的快速发展使得高性能的调节阀的工业需求越来越大。而当前国内高性能调节阀市场被国外占据大部分份额,为了打破垄断,满足工业发展需求,开发出拥有独立知识产权的高性能调节阀迫在眉睫。在国家“863计划”、高校博士学科点专项基金“大流量高频响核电控制阀的多场耦合振动与泄漏自感知机理研究”的支持等的资助下,针对上述问题,本文进行了如下的研究工作：首先,以DSP为核心控制技术,基于智能控制系统的功能要求,开发了调节阀智能控制器。功能上实现了人机交互液晶显示、数据采集处理、伺服电机驱动、温湿度检测等。硬件方面在Altium Designer软件中完成硬件电路设计,软件方面在CCS软件中完成主程序以及部分子程序编译、运行。并且针对于电磁干扰问题,在硬件软件设计时,分别提出了一些具体改进措施。其次,结合电子控制与液压传动技术,设计了一款直驱式容积控制电液执行机构,对该机构机械部分进行结构计算设计以及相关元器件的匹配计算和选用,然后对整体的执行结构的减振减噪提出优化改进措施。最后结合控制器部分,搭建了简易实验平台,运用该套执行机构对阀门开度进行模拟实验,效果良好。再次,基于所设计的执行机构各部分,对系统伺服电机、泵控缸以及阀门环节进行数学模型的建立,并推导出系统传递函数,建立系统阀门开度、负载、流量间的关系。通过Matlab中系统稳定性的Bode图判据,得出系统稳定性良好,稳定裕度较大。最后,结合模糊控制与PID控制的控制策略,提出了一种优化后的模糊PID控制策略,该策略运用PSO算法改进了基于专家经验的模糊控制规则表的部分点来更加适应于该控制系统；在Matlab的Simulink模块中,在PID控制策略和改进模糊PID控制策略下进行仿真来研究系统的动静态特性,仿真结果表明,相比于传统PID控制,改进后的控制策略下,系统的阶跃响应能力更强、超调量控制更好、波形追踪性能更优、抗干扰性能更好,良好的稳态精度使得其更加适用于高性能调节阀的控制上,满足设计要求。
【关键词】：电液执行机构 DSP PSO算法 模糊PID
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH137.52
【目录】：

• 摘要11-13
• ABSTRACT13-15
• 第一章 绪论15-25
• 1.1 课题研究背景与意义15-16
• 1.2 调节阀的国内外研究现状以及发展趋势16-19
• 1.2.1 调节阀简介16-17
• 1.2.2 调节阀发展过程和趋势17-19
• 1.3 电液伺服系统19-22
• 1.3.1 电液伺服系统简介19
• 1.3.2 DDVC电液伺服系统与传统电液伺服系统的区别19-21
• 1.3.3 DDVC电液伺服系统的发展现状21-22
• 1.4 本文主要内容22-25
• 第二章 DSP技术在电液调节阀控制器的应用研究25-49
• 2.1 DSP的应用研究25-27
• 2.1.1 DSP特点25-26
• 2.1.2 DSP在调节阀控制器的应用26-27
• 2.2 基于DSP的调节阀控制器的的功能设计27-28
• 2.3 控制器的硬件设计28-39
• 2.3.1 控制器核心模块28-29
• 2.3.2 基本系统及扩展部分设计29-32
• 2.3.3 JATG接口电路32
• 2.3.4 人机交互模块32-35
• 2.3.5 数据采集35-36
• 2.3.6 扩展功能模块36-37
• 2.3.7 伺服电机驱动模块37-39
• 2.4 控制器的软件设计39-48
• 2.4.1 应用软件概述39-40
• 2.4.2 主程序40-42
• 2.4.3 子模块程序42-48
• 2.5 本章小结48-49
• 第三章 系统可靠性和抗干扰设计49-57
• 3.1 系统干扰的来源49-50
• 3.2 系统硬件电路的抗干扰措施50-53
• 3.3 系统软件的抗干扰措施53-55
• 3.4 本章小结55-57
• 第四章 直驱式电液执行机构的研究57-71
• 4.1 直驱式电液执行机构57-58
• 4.1.1 直驱式电液执行机构工作原理57-58
• 4.1.2 直驱式电液执行机构应用58
• 4.2 直驱式电液执行机构元器件设计和选取58-66
• 4.2.1 液压缸的设计58-61
• 4.2.2 液压泵的选择61
• 4.2.3 电动机的选择61-62
• 4.2.4 管件选择和油箱设计62-64
• 4.2.5 过滤器和蓄能器的设计64-66
• 4.2.6 液压阀的选择66
• 4.3 直驱式电液执行机构的实验台搭建66-68
• 4.4 直驱式电液执行机构减振降噪措施研究68-70
• 4.4.1 电动机振动68
• 4.4.2 齿轮泵的振动68-69
• 4.4.3 油路管道的共振噪声问题69-70
• 4.4.4 油箱的噪声控制70
• 4.5 本章小结70-71
• 第五章 直驱式电液调节阀的系统建模71-85
• 5.1 交流伺服电机调速系统的数学模型71-73
• 5.2 泵控缸数学模型73-76
• 5.3 调节阀门的数学模型76-79
• 5.3.1 调节阀门负载力模型76-78
• 5.3.2 调节阀门阀芯位移、输出压力方程78-79
• 5.4 调节阀系统的传递函数79-82
• 5.4.1 调节阀执行机构的传递函数79-81
• 5.4.2 智能调节阀控制系统各参数的确定81-82
• 5.5 系统的稳定性分析82-83
• 5.6 本章小结83-85
• 第六章 调节阀PSO优化模糊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 改进惯性权重微粒群算法86-87
• 6.1.3 改进微粒群算法流程87-88
• 6.1.4 微粒群算法特点和应用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算法优化模糊控制94-99
• 6.3 系统性能仿真分析99-104
• 6.3.1 系统的单位阶跃响应性能100-101
• 6.3.2 系统的追踪性能101-102
• 6.3.3 系统的抗干扰性能102-104
• 6.4 本章小结104-105
• 结论与展望105-107
• 参考文献107-113
• 攻读学位期间发表的学术论文113-115
• 致谢115-116
• 附件116

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