基于模糊控制的多相流实验系统设计

发布时间：2017-10-14 08:25

  本文关键词：基于模糊控制的多相流实验系统设计

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【摘要】：海洋油气资源储量巨大,它的开发直接关系着未来世界能源行业的走向,我国拥有着丰富的海洋资源,然而开发能力却捉襟见肘,还处于起步阶段。开发海洋油气资源需要具备充分的技术实力,而井筒多相流理论研究作为其中一个分支,对海洋油气的开采起着重要的作用。在油气资源开采的过程中,井筒中不可避免会出现油-气、油-水、油-水-气等多相流的混合介质,对不同介质在井筒中动态特性的分析有助于改善油气资源开采过程中的运输工艺。井筒多相流实验装置规模一般较小,多建立于室内,石油开发的技术研究离不开这类实验装置的支持。吐哈气举中心武汉实验基地为研究多相流井筒理论而建立了一套实验装置。该装置分为油、气、水三相管路,具有0~90°可调倾角的实验管段,辅以分离回收、冷却循环等辅助装置,能够在实验管段模拟出泡状流、环状流、雾状流等三相流常见的流型。为实现较高计量精度,对各相计量按流量范围设计不同管径的计量分支管路,油水计量在0~20m3/h范围内精度达到±0.5%,气相计量在0~35m3/h范围内精度达到±1.0%,保证了实验的要求。油气水三相流实验装置控制系统硬件由工控机与PLC组成,这种结构有利于系统数据快速稳定传输,且易于扩展,为装置的使用调试带来了方便。控制系统的上位控制软件由组态软件组态王来完成,它丰富的控制方式和直观的设计模式使人机交互界面开发过程更为便捷。针对多相流实验装置中重要控制回路气流加热设备控制不稳定和超调的问题,传统的PID控制方式无法有效改善控制效果,模糊PID作为专家经验的总结算法,可以很好的改善传统PID控制的效果,将该控制算法应用在西门子S7-300系列PLC上,并在Simulink平台上通过多组离线、在线仿真的方式对控制过程进行详细的分析和对比,实验结果显示出令人满意的控制效果。
【关键词】：S7-300 模糊算法 PID控制 OPC通讯 实时仿真
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273.4;O359
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.3 研究内容与章节安排14-16
• 第2章 多相流实验系统16-22
• 2.1 系统参数要求16-17
• 2.2 系统结构及工作原理17-20
• 2.2.1 系统结构组成17-18
• 2.2.2 三相流动力稳压源设计18
• 2.2.3 计量排管18-20
• 2.2.4 实验管段20
• 2.3 系统难点分析20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 多相流实验系统硬件设计22-39
• 3.1 电气控制系统结构22-23
• 3.1.1 电力配电柜22
• 3.1.2 微机操作台22
• 3.1.3 操作控制台22-23
• 3.2 PLC控制系统23-27
• 3.3 数据采集单元27-33
• 3.3.1 数字量输入27
• 3.3.2 模拟量输入27-28
• 3.3.3 Profibus-DP通讯28-29
• 3.3.4 MODBUS通讯29-33
• 3.4 控制单元33-38
• 3.4.1 油水路子系统控制33-37
• 3.4.2 气路子系统控制37
• 3.4.3 流型观测管井子系统控制37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 模糊控制在系统中的应用39-58
• 4.1 控制系统编程概述39-40
• 4.2 模糊控制概述40-41
• 4.3 模糊集合论基础41-44
• 4.3.1 模糊概念和模糊集41-42
• 4.3.2 隶属函数42-43
• 4.3.3 量化因子和比例因子43-44
• 4.4 模糊控制器的设计44-53
• 4.4.1 输入模糊化47-48
• 4.4.2 模糊规则判定48-50
• 4.4.3 规则结论合成50-52
• 4.4.4 反模糊化52-53
• 4.5 人机交互界面53-56
• 4.5.1 Kingview历史库54-55
• 4.5.2 SQL数据库应用55-56
• 4.5.3 报表管理56
• 4.6 本章小结56-58
• 第5章 实验仿真58-61
• 5.1 仿真环境搭建58
• 5.2 PLC与Simulink之间的实时仿真58-60
• 5.3 本章小结60-61
• 总结与展望61-63
• 参考文献63-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文66-67
• 致谢67

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本文编号：1030035