电子分析天平的智能PID调节技术研究

发布时间：2017-11-05 06:07

  本文关键词：电子分析天平的智能PID调节技术研究

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【摘要】：电子分析天平是一种高准确度的质量计量仪器,其称量准确快速、操作简单、稳定性好且具有自动校准、故障自诊断等多种功能,因而广泛应用于国防、科研、医药、化工等领域。电子分析天平一般采用电磁力反馈平衡零位法原理,其称重传感器——电磁力平衡传感器结构复杂,测量速度较慢。电磁力平衡传感器与调节电路构成闭环调节系统,系统处于平衡状态时,才输出稳定的质量称量数据,闭环系统平衡调节的快速与稳定是实现天平快速、准确称重的重要保障。传统平衡调节多由模拟PID(Proportional Integral Derivative)电路实现,参数固定,参数整定繁琐、调节时间长、自适应性差。同时,受国内基础材料、精密制造工艺水平的制约,电磁力平衡传感器输出一致性较差,一组固定的PID参数难以匹配多个称重传感器。本文针对电子天平现存PID调节技术的不足,研究设计电子分析天平的智能PID调节技术,主要包括以下内容：第一章为绪论,介绍电子分析天平及PID调节技术的研究现状,概括现有智能PID调节技术的发展应用,探讨本课题研究意义；第二章,介绍电子分析天平的总体构成,深入分析脉宽调制式和直接驱动式电子分析天平的工作原理,设计传统PID调节电路及改进型电路,并进行参数整定；第三章,在对电磁力平衡传感器的构成及工作原理进行深入分析的基础上,建立电磁力平衡传感器系统的动力学模型,并通过最小二乘法对系统参数进行辨识,在此基础上,建立电子分析天平的Simulink仿真模型。第四章,首先根据电子分析天平称量系统的数学模型,求出Z-N公式法、衰减曲线法、最优指标算法下的PID调节参数,并进行称量系统仿真,分析对比调节效果。然后,根据电子分析天平的响应特性及实际调试规则,将不完全微分PID调节算法与专家系统、变论域模糊调节算法相结合,设计电子分析天平的智能PID调节方案,并进行系统仿真。最后,对电子分析天平智能PID调节系统进行软硬件设计,包括精密光电检测电路、数据采集电路、自适应模糊PID复合调节算法等。第五章,对电子分析天平进行检定实验,验证算法的有效性。仿真及试验结果表明,采用自适应模糊PID复合调节技术,可缩短电子分析天平的调节时间,提高系统的鲁棒性,天平稳定时间≤3s,全量程内的示值误差≤±0.0003g,重复性为0.0005g,实现电子分析天平的快速、准确称量。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH715.116

【参考文献】

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本文编号：1142897