基于远程计量闸门的动态调水实验模拟系统设计

发布时间：2017-05-18 20:04

  本文关键词：基于远程计量闸门的动态调水实验模拟系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着我国调水工程数量逐渐增多,水资源分配不均的状况得到了有效的改善,但其自动化程度和调水效率较低。随着科学技术的进步,对调水系统的自动化控制提出了更高的要求。本课题设计了基于远程计量闸门的动态调水实验模拟系统,给出了一种通用性、普遍性的动态调水控制算法,对实现调水工程的高效自动化控制、安全稳定和经济运行有重要的意义。 本课题完成了调水系统的实验模型的设计建造,主要包括蓄水池、稳压池、消力池、渠道、回水槽等。根据流量以及测量的安全、准确和经济性完成了水泵和流量计的计算选型。调水系统实验模型不仅为实验研究的控制理论提供实践验证模型,也为以后的调水系统的研究提供了实验平台。 对市场已有的远程计量平板闸门和圆弧闸门进行研究和改进,设计了本调水系统的终端设备小型闸门,完成了闸门门板和上横梁等重要零件的强度与刚度校核。根据设计尺寸以及工作的负载情况,完成了减速机、电机和钢丝绳等零部件的计算选型。最终根据设计生产加工出了符合要求的产品。 调水系统自动化控制是本课题研究的重点。在对常用的调水系统的控制模型、渠池运行方式及现有控制算法深入研究的基础上,结合课题所设计调水系统,最终确定采用简化的圣维南方程组模型对调水系统进行数学建模；选用闸前常水位运行模式为渠池的运行模式；确定使用PI反馈控制算法为主要控制环节,结合前馈环节和解耦环节为调水控制算法模式,加入前馈和解耦目的是提高系统响应速度。 根据确定的控制算法,在LabVIEW软件中建立调水系统的数学模型,进行了控制系统的仿真,验证了算法的正确性。采用试算法进行PI参数整定,为后续仿真提供依据。以Visual Studio2010作为开发平台,设计界面和底层程序,完成调水系统的控制系统的设计。
【关键词】：调水系统 实验模型 自动化控制算法 仿真测试 软件控制
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV213.4-39
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景和意义9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 动态调水控制系统控制模型研究10-12
• 1.2.2 动态调水控制系统算法研究12
• 1.3 主要研究内容12-13
• 1.4 本章小结13-14
• 2 动态调水系统实验模型设计14-19
• 2.1 实验模型设计思路14
• 2.2 模型设计计算14
• 2.2.1 设计要求14
• 2.2.2 实验模型设计尺寸14
• 2.3 实验模型设计14-15
• 2.3.1 实验模型运行思路14
• 2.3.2 实验模型尺寸设计14-15
• 2.4 实验模型部分设备选型15-17
• 2.4.1 水泵选型15-16
• 2.4.2 流量计的选型16-17
• 2.5 实验模型实物图17-18
• 2.6 本章小结18-19
• 3 远程计量闸门设计19-29
• 3.1 远程计量闸门设计思路19
• 3.2 远程计量平板闸门设计19-23
• 3.2.1 平板闸门设计方案19
• 3.2.2 平板闸门的设计计算19-22
• 3.2.3 平板闸门部分零部件的选型22-23
• 3.3 远程计量圆弧闸门设计23-28
• 3.3.1 远程计量圆弧闸门设计方案23-24
• 3.3.2 闸门的设计计算24-26
• 3.3.3 平板闸门部分零部件的选型26-28
• 3.4 闸门控制器的配型28
• 3.5 本章小结28-29
• 4 动态调水控制方式研究29-52
• 4.1 控制模型29-33
• 4.1.1 控制模型分类30-31
• 4.1.2 控制模型比较31-32
• 4.1.3 模型选用总结32-33
• 4.2 渠池运行方式33-35
• 4.2.1 渠池运行方式分类33-34
• 4.2.2 渠池运行方式比较34
• 4.2.3 运行方式确定34-35
• 4.3 控制模型求解35-38
• 4.3.1 特征线求解结果35-37
• 4.3.2 特征线差分稳定条件37
• 4.3.3 边界点计算37-38
• 4.4 控制算法研究38-39
• 4.4.1 渠系控制算法介绍38
• 4.4.2 算法比较38-39
• 4.4.3 算法的确定39
• 4.5 调水系统控制算法模式39-51
• 4.5.1 前馈控制+反馈控制+解耦控制算法39-51
• 4.6 本章小结51-52
• 5 动态调水系统仿真与软件编写52-67
• 5.1 动态调水系统仿真程序设计52-58
• 5.1.1 仿真渠段52
• 5.1.2 数学模型设计52-53
• 5.1.3 数学模型程序框图53-54
• 5.1.4 数学模型程序54-55
• 5.1.5 控制算法程序框图55-56
• 5.1.6 控制算法程序56-57
• 5.1.7 调水系统仿真程序57-58
• 5.2 PI参数整定58-60
• 5.3 仿真结果60-62
• 5.4 软件开发62-66
• 5.4.1 软件界面设计63-65
• 5.4.2 软件程序设计65-66
• 5.5 本章小结66-67
• 6 结论与展望67-68
• 6.1 结论67
• 6.2 展望67-68
• 参考文献68-71
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文71-72
• 致谢72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：377002