基于嵌入式系统的脱重组分塔控制系统研究

发布时间：2017-03-31 13:14

  本文关键词：基于嵌入式系统的脱重组分塔控制系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在粗苯精制的生产过程中,首先需要通过脱重组分塔的处理将粗苯原料分离出重苯与轻苯以进入后续的生产加工流程。脱重组分塔的工作稳定性直接关系到精苯产品的质量,而作为关键设备的脱重组分塔具有典型的非线性、时变性及时滞性等特点;目前大多采用成本高、体积大以及响应慢的常规PLC实现PID算法对塔温进行控制,这使温度的调节时间与超调量这两个动态性能指标很难得到同时的优化。因此课题采用了基于ARM的多种群遗传算法整定PID参数设计控制器来实现多性能指标的优化。首先,从实际生产数据近似得出脱重组分塔的数学模型,构建Simulink仿真模型。通过生产数据确定PID的Kp、Ki和Kd三个参数,分别以这三个参数的值为中心点划定邻域区间作为遗传算法的种群基因库并且选择合适的分段函数作为适应度函数指引两个子种群的进化方向。两个子种群分别在温度变化的不同阶段参与进化和整定PID参数的操作,使温度变化过程中的调节时间与超调量这两个性能指标同时得到了良好的动态优化。其次,为解决脱重组分塔的纯滞后特性带来的动态响应滞后的问题,在仿真模型中引入了史密斯预估补偿器来抵消纯滞后环节的影响,有效地解决了动态响应滞后的问题。最后,搭建了以模型塔为被控对象的实验控制系统验证Simulnk仿真结果。系统的控制器部分使用以两块ARM为核心的控制电路分别负责数据的处理与运算,很大程度上提高了控制操作的实时性与准确性。通过两种仿真平台的实验数据分析对比得出了多种群遗传算法整定PID参数这种控制策略应用在脱重组分塔温度控制过程中具有良好的稳态与动态特性,及强鲁棒性的结论。具有广阔的应用前景。
【关键词】：脱重组分塔 ARM控制器 Linux操作系统 遗传算法 PID
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ053.5;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景及意义10
• 1.2 国内外研究进展10-12
• 1.2.1 国外情况简介10-11
• 1.2.2 国内情况简介11-12
• 1.3 ARM处理器与嵌入式Linux操作系统12-15
• 1.3.1 ARM微处理器简介12-13
• 1.3.2 嵌入式Linux系统简介13-14
• 1.3.3 嵌入式Linux系统的移植14-15
• 1.4 主要研究内容15
• 1.5 本章小结15-16
• 第2章 脱重组分塔生产流程简介16-20
• 2.1 脱重组分塔生产系统工艺说明16-17
• 2.2 脱重组分塔生产过程各项参数17
• 2.3 脱重组分塔的温度控制17-19
• 2.3.1 脱重组分塔温度控制过程17-18
• 2.3.2 脱重组分塔温度控制系统介绍18-19
• 2.4 本章小结19-20
• 第3章 遗传算法及其改进20-25
• 3.1 遗传算法简介20-22
• 3.1.1 遗传算法基本原理20-21
• 3.1.2 遗传算法基本运算过程21
• 3.1.3 遗传算法研究进展21-22
• 3.2 遗传算法的改进22-24
• 3.3 本章小结24-25
• 第4章 实验控制系统硬件平台设计25-36
• 4.1 硬件实验系统的总体结构25-28
• 4.2 温度数据采集模块设计28-30
• 4.3 数据传输模块设计30-33
• 4.3.1 RS232接口的设计30-31
• 4.3.2 以太网接口的设计31-33
• 4.4 阀门驱动电路模块设计33-34
• 4.5 数据传输与算法执行的异步化设计34-35
• 4.6 本章小结35-36
• 第5章 实验控制系统软件子系统设计36-54
• 5.1 操作系统平台介绍36
• 5.2 控制系统软件子系统总览36-41
• 5.2.1 软件子系统的总体结构36-37
• 5.2.2 数据收发器中软件系统介绍37-39
• 5.2.3 算法主控制器中软件系统介绍39-41
• 5.3 上位机显示设定模块的实现41-44
• 5.3.1 算法控制页面的实现与简介41-43
• 5.3.2 数据对比页面的实现与简介43-44
• 5.4 数据采集模块的实现44-45
• 5.5 脱重组分塔中压阀门传动模块的实现45-48
• 5.5.1 步进电机的软件驱动实现45
• 5.5.2 基于51单片机的数据转换软件实现45-48
• 5.6 通讯模块的实现48-51
• 5.6.1 以太网通讯软件模块的实现48-51
• 5.6.2 串行（RS232）接口通讯软件模块的实现51
• 5.7 多种群遗传算法模块的实现51-53
• 5.8 本章小结53-54
• 第6章 系统实验平台和仿真结果分析54-61
• 6.1 脱重组分塔数学模型的建立54-55
• 6.2 simulink平台仿真结果分析55-58
• 6.2.1 控制系统Simulink仿真55-56
• 6.2.2 史密斯预估补偿器56-57
• 6.2.3 Simulink仿真结果分析57-58
• 6.3 硬件仿真平台实验结果分析58-61
• 6.3.1 硬件仿真平台操作流程58
• 6.3.2 硬件仿真平台实验结果分析58-61
• 结论61-62
• 参考文献62-65
• 致谢65-66
• 导师简介66
• 企业导师简介66-67
• 作者简介67-68
• 学位论文数据集68

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