超声气体流量计标定测试台的研制

发布时间：2017-10-18 01:00

  本文关键词：超声气体流量计标定测试台的研制

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【摘要】：如何提高超声气体流量计的稳定性和可靠性是生产商们关注的焦点。超声气体流量计标定测试台运用自动控制的方法,产生标定所需的标准环境和条件,保持标定气体压力和流量稳定,为大幅提升超声气体流量计的品质做了有力保证。本文从超声气体流量计标定测试台的整体结构及工作原理出发,研究设计了标定测试台的系统构成方案。在已有系统方案的基础上,设计了由主控电路、压力流量被控电路、通讯电路、滤波电路以及驱动电路组成的超声气体流量计标定测试台硬件电路,分析了各模块电路的器件选型和性能匹配,实现了从以MPU为核心的控制器到被控对象,从传感器到放大器和滤波器再返回到MPU进行A/D采样的电路设计和构建,最后由通讯电路将采集到的反应控制效果的数据发送至上位机。在软件设计方面,本课题对标定测试台的控制算法进行了重点讨论,结合控制对象对模糊PID算法的隶属度函数、模糊控制规则以及解模糊过程作了具体分析,针对压力和流量的耦合问题,结合计算出的耦合程度和实际测试数据,设计出了合理的控制策略。使用模糊PID算法实现气泵转速控制,同时通过PID算法控制步进电机转角调节阀门位置。联合控制气泵转速和阀门位置,实现不同气压和流量的控制要求。设计编写了上位机的监控界面和数据通讯程序。实现了各种所需压力和流量的自动调节,为标定提供了所需的参考标准气流。将未解耦和解耦后上位机接收到的压力和流量数据制图,由图表明解耦后的压力和流量控制更加稳定且排除相互干扰因素。最后对整个标定测试台进行实验检测,结果表明研制的超声气体流量计标定测试台能够实现对气体压力和流量的稳定控制,静态性能和动态性能指标均符合期望要求。
【关键词】：压力控制 流量控制 模糊PID 解耦
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH814.92
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 超声气体流量计概述9-10
• 1.2 医用超声气体流量计标定10
• 1.3 超声气体流量计标定测试台的意义10-11
• 1.4 超声气体流量计标定测试台的发展现状及趋势11
• 1.5 标定测试管理系统的集散控制概述11-12
• 1.6 本课题主要研究内容及工作安排12-14
• 1.6.1 本课题主要研究内容12
• 1.6.2 本文工作安排12-14
• 第二章 超声气体流量计标定测试台总体设计方案14-19
• 2.1 标定测试管理系统的结构14-15
• 2.2 超声气体流量计标定测试台的整体结构和工作原理15-17
• 2.2.1 超声气体流量计标定测试台的整体结构15-16
• 2.2.2 超声气体流量计标定测试台的工作原理16-17
• 2.3 标定测试台系统设计17-18
• 2.3.1 压力控制系统17-18
• 2.3.2 流量控制系统18
• 2.4 本章小结18-19
• 第三章 超声气体流量计标定测试台的硬件电路设计19-31
• 3.1 单片机主电路设计19-21
• 3.1.1 PIC16F88X单片机简介19
• 3.1.2 标定测试台的主控电路设计19-20
• 3.1.3 单片机供电模块20-21
• 3.2 压力控制模块21-23
• 3.2.1 压力检测模块21-23
• 3.2.2 气泵驱动模块23
• 3.3 流量控制模块23-25
• 3.3.1 流量检测模块24
• 3.3.2 步进电机模块24-25
• 3.4 滤波电路模块25-26
• 3.5 通讯模块26-30
• 3.5.1 RS232模块26-27
• 3.5.2 GPRS模块27-30
• 3.6 本章小结30-31
• 第四章 超声气体流量计标定测试台算法设计31-52
• 4.1 模糊PID控制的设计31-41
• 4.1.1 PID控制算法概述31
• 4.1.2 模糊控制算法概述31-33
• 4.1.3 模糊PID控制的设计33-41
• 4.2 气体流量与压力系统解耦控制41-51
• 4.2.1 气体流量与压力系统关联程度41-44
• 4.2.2 气体流量与压力系统解耦控制设计44-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第五章 超声气体流量计标定测试台的软件系统设计52-64
• 5.1 系统整体设计52-53
• 5.2 软件开发环境53-54
• 5.3 气泵转速控制软件设计54-56
• 5.4 步进电机的位置控制设计56-57
• 5.5 RS232通讯设计57-58
• 5.6 GPRS通讯设计58-61
• 5.7 监控PC机接收设计61-63
• 5.7.1 PC机数据处理流程61-62
• 5.7.2 监控界面设计62-63
• 5.8 本章小结63-64
• 第六章 系统测试与分析64-74
• 6.1 气体压力与流量解耦实验64-65
• 6.1.1 未解耦控制实验64-65
• 6.1.2 解耦控制实验65
• 6.2 超声气体流量计标定测试台性能测试实验65-73
• 6.2.1 硬件检测65-69
• 6.2.2 MAPLAB软件调试69-71
• 6.2.3 性能测试71-73
• 6.3 本章小结73-74
• 第七章 总结和展望74-76
• 7.1 本课题研究总结74-75
• 7.2 未来工作展望75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-80
• 在学期间发表的学术论文及其他科研成果80

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本文编号：1052033