铁路预制梁静载试验智能加载系统研究

发布时间：2017-08-13 08:00

  本文关键词：铁路预制梁静载试验智能加载系统研究

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【摘要】：静载试验是检验铁路预制梁整体质量最重要的一种手段。目前,国内对静载试验的加载装置进行了广泛研究,但是其静载试验的加载系统依然是采用多个千斤顶人工控制的方式,人为影响因素较多。并且各千斤顶由独立泵站控制,加载时会出现荷载值大小不一、此消彼长现象。为了能使预制简支梁静载试验精确高效的完成,并解决加载系统的诸多问题,本文对预制简支梁静载试验加载系统进行了设计和研究,使其能智能化加载,减少人工参与,以满足桥梁试验的要求。本文介绍了预制梁静载试验智能加载系统的国内外研究现状和发展趋势。通过对预制梁静载试验的调查研究,分析静载试验的各个工况以及静载试验所达到的要求,对预制梁静载试验智能加载系统进行了合理的设计。通过分析,建立了预制梁静载试验智能加载系统的数学模型,对建立的数学模型利用Matlab中的Simulink工具包进行了建模和仿真。通过仿真结果对比,模糊PID控制方法对系统的控制效果优于传统PID,并初步确定系统的控制算法、控制参数及控制规则。控制系统设计主要包括加载循环中液压缸的同步加载、同步卸载和持荷保压等重要行程,这些行程动作通过电气控制系统对液压系统的控制来实现。本文对系统的加载动作进行了分析并提出了控制方法,最终选用三菱PLC对本系统进行控制,并对系统所需的其它硬件设备和PLC的特殊功能模块进行了选型,绘制了液压控制回路、主电路图和PLC的电气连接图,针对重要的加载过程绘制了控制流程图,编写了PLC控制程序,并且对触摸屏界面进行了设计。最后,对控制系统的软件和加载设备进行调试试验,使整个加载系统满足设计指标和静载试验的要求。
【关键词】：静载试验 智能加载系统 模糊PID控制 Simulink仿真 PLC 触摸屏
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U446
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景9
• 1.2 国内外发展现状与趋势9-12
• 1.2.1 国外发展现状9-10
• 1.2.2 国内发展现状10-12
• 1.3 课题研究的目的和意义12
• 1.4 本文主要研究内容及理论依据12-14
• 1.4.1 主要研究内容12-13
• 1.4.2 理论依据13-14
• 1.5 本章小结14-15
• 第二章 预制梁静载试验智能加载系统设计15-23
• 2.1 铁路预制梁静载试验的工作原理及步骤15-17
• 2.1.1 铁路预制梁静载试验的工作原理15-16
• 2.1.2 铁路预制梁静载试验步骤16-17
• 2.1.3 静载试验的其他要求17
• 2.2 铁路预制梁静载试验智能加载系统总体设计17-21
• 2.2.1 加载系统动作过程介绍17-19
• 2.2.2 加载系统控制方案19-20
• 2.2.3 静载试验液压系统20
• 2.2.4 静载试验加载系统泵站电气原理20-21
• 2.3 静载试验加载系统主要技术参数21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 控制系统数学模型的建立和仿真及其控制方法23-58
• 3.1 静载试验加载系统模型的建立23-30
• 3.2 系统控制器的设计30-31
• 3.3 常规PID控制器的设计和仿真31-36
• 3.3.1 加载系统PID控制器的设计31-33
• 3.3.2 PID控制参数整定33
• 3.3.3 基于常规PID控制的Simulink仿真33-36
• 3.4 模糊PID的控制方法设计及仿真36-57
• 3.4.1 模糊控制器原理及设计流程36-37
• 3.4.2 模糊PID控制器的原理37-38
• 3.4.3 模糊控制器维数的确定38-39
• 3.4.4 模糊集合及隶属函数的确定39-41
• 3.4.5 模糊子集、量化因子和比例因子的确定41-42
• 3.4.6 MATLAB模糊推理系统42-43
• 3.4.7 模糊控制规则的建立43-54
• 3.4.8 基于模糊PID控制的Simulink仿真54-57
• 3.5 本章小结57-58
• 第四章 控制系统硬件设计方案和选型58-72
• 4.1 整体设计方案58
• 4.2 预制梁静载试验控制系统主电路图的设计58-59
• 4.3 PLC控制单元59-64
• 4.3.1 PLC控制器59-60
• 4.3.2 PLC的选型60-61
• 4.3.3 PLC线路设计61-64
• 4.4 触摸屏设计64-65
• 4.4.1 触摸屏选型64-65
• 4.4.2 触摸屏的接线65
• 4.5 传感器选型65-68
• 4.5.1 测力传感器的选型66-67
• 4.5.2 压力传感器的选型67-68
• 4.6 变量泵的选型68-70
• 4.6.1 加载系统工作压力68-69
• 4.6.2 泵流量的确定69-70
• 4.7 其他硬件的选型70-71
• 4.8 本章小结71-72
• 第五章 控制系统软件设计72-90
• 5.1 PLC编程语言介绍72-73
• 5.2 PLC编程工具73-74
• 5.3 系统PLC程序设计74-82
• 5.3.1 通信状态检测及配套标定74
• 5.3.2 主动缸加载循环动作74-75
• 5.3.3 同步加载控制75-77
• 5.3.4 持荷保压控制77-79
• 5.3.5 输出力监控系统设计79-81
• 5.3.6 系统总控制程序81-82
• 5.4 触摸屏界面设计82-87
• 5.4.1 系统登陆界面设计82-83
• 5.4.2 开关机界面设计83
• 5.4.3 工作模式选择界面设计83-84
• 5.4.4 系统单动界面设计84-85
• 5.4.5 系统智能加载界面设计85-86
• 5.4.6 报警界面查询设计86-87
• 5.5 系统调试与优化87-88
• 5.5.1 软件调试87-88
• 5.5.2 设备调试88
• 5.6 本章小结88-90
• 第六章 结论与展望90-92
• 6.1 结论90-91
• 6.2 展望91-92
• 参考文献92-95
• 致谢95-96
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文96-97
• 附录 1：静载试验液压系统图97-98
• 附录 2：PLC接线图98-101
• 附录 3：PLC程序101-110

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本文编号：666195