基于ARM平台的工业锅炉汽包水位控制装置研制

发布时间：2017-09-29 10:39

  本文关键词：基于ARM平台的工业锅炉汽包水位控制装置研制

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【摘要】：当今世界,能源短缺和大气污染已经成为共同面临的两大难题。我国存在很多工业和民用中小型锅炉,其中大部分控制系统自动化程度低,存在燃烧不彻底、排烟氧气含量偏高、排烟热损失大等问题,直接造成了锅炉热效率低下和大量能量的浪费,同时也给环境带来很大的污染。随着先进控制理论和嵌入式处理器技术的发展,利用嵌入式处理器功耗低、体积小及专用性强等优点,实现先进控制理论在锅炉控制系统中的运用,提高其自动化水平具有良好的发展前景。本文在对工业锅炉自动调节系统进行深入分析的基础上,以锅炉汽包水位作为被控对象,把粒子群优化算法和模糊控制与常规PID算法有效结合起来,设计了一种新型的智能控制器。其中粒子群算法可离线整定模糊PID控制器的参数,弥补了模糊控制和常规PID控制都存在的参数选择依赖经验和大量调试的缺陷。将此新型控制器运用到锅炉汽包水位三冲量控制系统中,并在MATLAB中对整个控制系统进行了仿真,仿真结果表明此新型智能控制器的控制效果优于常规PID控制器和模糊PID控制器。在嵌入式Linux平台上开发锅炉汽包水位控制器的硬件系统和软件系统。硬件系统基于32位低功耗ARM9微处理器S3C2440A,并根据汽包水位控制系统的具体要求设计了相关硬件电路。在汽包水位硬件控制系统基础上进行了软件开发,实现了对锅炉现场信号的检测、处理与控制。锅炉汽包水位控制软件系统包括驱动程序和应用程序两部分,其中应用程序是利用Qt/Embedded软件开发的,开发了汽包水位系统的控制算法和图形用户界面。系统调试表明本文设计的基于ARM平台的工业锅炉控制装置完成了对锅炉汽包水位的控制,达到了预期的设计目标。
【关键词】：汽包水位 模糊PID控制 粒子群算法 ARM9 Linux Qt/Embedded
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK223.7
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-14
• 第1章 绪论14-20
• 1.1 课题研究背景和实用价值14
• 1.2 锅炉系统14-16
• 1.3 国内外发展现状16-17
• 1.4 本文主要研究内容和论文结构17-20
• 1.4.1 主要研究内容17-18
• 1.4.2 论文结构18-20
• 第2章 锅炉汽包水位动态特性研究与控制方法分析20-28
• 2.1 锅炉汽包水位系统简介20-21
• 2.2 锅炉汽包水位的动态特性分析21-24
• 2.2.1 汽包水位在给水流量扰动下的动态特性22
• 2.2.2 汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性22-24
• 2.3 锅炉汽包水位的控制方式24-27
• 2.3.1 单冲量汽包水位控制方式24-25
• 2.3.2 双冲量汽包水位控制方式25-26
• 2.3.3 汽包水位三冲量控制方式26-27
• 2.3.4 锅炉汽包水位常用控制方式比较27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 锅炉汽包水位智能控制器的设计28-37
• 3.1 模糊PID控制理论介绍28-30
• 3.1.1 PID控制理论基础28-29
• 3.1.2 模糊控制理论简介29
• 3.1.3 模糊PID控制原理简介29-30
• 3.2 汽包水位自适应模糊PID控制器的设计30-34
• 3.2.1 模糊PID控制器的结构设计30-31
• 3.2.2 模糊PID控制器的论域选择和参数确定31
• 3.2.3 模糊控制规则库的设计31-33
• 3.2.4 模糊推理及去模糊化33-34
• 3.3 基于粒子群算法的模糊PID控制器优化34-36
• 3.3.1 模糊PID控制器优化方法的确定34
• 3.3.2 粒子群优化算法34-35
• 3.3.3 粒子群算法优化模糊PID控制器的参数35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 基于智能控制器的锅炉汽包水位控制系统仿真37-47
• 4.1 基于模糊PID控制器的汽包水位控制系统仿真37-43
• 4.1.1 模糊PID控制系统仿真37-40
• 4.1.2 锅炉汽包水位控制系统的仿真40-43
• 4.2 粒子群优化模糊PID控制器的汽包水位控制系统仿真43-46
• 4.2.1 粒子群算法优化模糊PID控制器参数43-45
• 4.2.2 锅炉汽包水位控制系统的仿真45-46
• 4.3 本章小结46-47
• 第5章 基于ARM平台的锅炉汽包水位控制系统硬件设计47-61
• 5.1 锅炉汽包水位控制系统的硬件总体设计方案47-48
• 5.2 关键器件选型48-53
• 5.2.1 流量传感器的选取48-49
• 5.2.2 液位计的选取49
• 5.2.3 执行器的选取49-50
• 5.2.4 ARM处理器的选取50-52
• 5.2.5 A/D选型52
• 5.2.6 D/A选型52-53
• 5.3 开发板硬件电路的介绍53-57
• 5.3.1 开发板核心电路介绍53-55
• 5.3.2 主要接.电路的介绍55-57
• 5.4 扩展电路的设计57-60
• 5.4.1 D/A电路57-58
• 5.4.2 V/I转换电路58-59
• 5.4.3 I/V转换电路59-60
• 5.5 本章小结60-61
• 第6章 基于嵌入式Linux的锅炉汽包水位控制系统软件开发61-81
• 6.1 锅炉汽包水位控制系统的软件总体设计方案61
• 6.2 嵌入式Linux开发环境搭建61-64
• 6.2.1 嵌入式Linux系统开发流程61-63
• 6.2.2 目标板上安装Linux操作系统63
• 6.2.3 建立交叉编译工具链63-64
• 6.3 汽包水位控制系统设备驱动程序设计64-69
• 6.3.1 A/D驱动程序设计64-66
• 6.3.2 D/A驱动程序设计66-67
• 6.3.3 驱动程序加载67-69
• 6.4 锅炉汽包水位系统的控制程序设计69-73
• 6.4.1 汽包水位控制系统主程序69-70
• 6.4.2 汽包水位控制系统定时子程序70-73
• 6.5 基于Qt/Embedded构建锅炉汽包水位系统的用户界面73-80
• 6.5.1 嵌入式图形用户界面(GUI)的选择73-74
• 6.5.2 Qt/Embedded编程机制的介绍74-75
• 6.5.3 构建Qt/Embedded图形开发环境75-77
• 6.5.4 Qt/Embedded图形界面的设计77-80
• 6.6 本章小结80-81
• 第7章 系统调试81-85
• 7.1 锅炉启动控制装置的调试81-83
• 7.2 锅炉汽包水位控制系统的调试83-84
• 7.3 本章小结84-85
• 总结与展望85-87
• 本文总结85-86
• 展望86-87
• 参考文献87-90
• 攻读硕士期间发表的学术论文90-91
• 致谢91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 黄建明;刘宝林;徐秀林;;基于S3C2440多路A/D转换Linux驱动程序设计[J];微计算机信息;2011年09期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 陈富宽;船用增压锅炉汽包水位仿人智能控制研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

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本文编号：941544