压电开关式阀门定位器智能调控及分析
发布时间：2021-08-26 09:05
气动阀门定位器广泛应用于化工、能源、油气、水处理、造纸等工业领域。国外阀门定位器已经从机械式和电子式过渡到智能型电气阀门定位器,智能阀门定位器包括喷嘴式、压电开关式、压电比例式三种,其中压电开关式阀门定位器具有耗电量低、耗气量低、抗干扰能力强、精度高等优点得到了广泛推广。而国内阀门定位器起步较晚,技术较为落后,故障率较高,调节精度和速度等方面与国外产品均有相当大的差距,导致市场占比较小,且主要集中在低端市场。影响国产阀门定位器性能的主要原因是由于控制算法的不成熟导致的。因此,为了提高国产阀门定位器的市场占比,将国产阀门定位器引入中高端市场,对阀门定位器控制算法的研究是非常必要的。本文在查阅和分析了大量文献的基础上,在压电开关式阀门定位器智能调控及分析方面开展如下几点工作:（1）详细分析了压电开关式智能阀门定位系统的工作原理,借助牛顿第二定律、质量守恒定律、能量守恒定律,对气动智能阀门定位系统进行了详细的机理建模分析,在此过程中建立了压电阀机理模型、气动调节阀执行部分机理模型、气动调节阀流量输出机理模型。（2）搭建了智能阀门定位系统实验平台,借助实验平台进行了大量的性能测试,为控制算法的...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
阀门进口数量
杭州电子科技大学硕士学位论文22第3章智能阀门定位系统实验平台搭建及性能分析3.1引言 为了更好的了解智能阀门定位系统的特性，设计出优良的阀门控制算法，本章搭建了智能阀门定位系统实验平台，其目的为：1)设计开环实验，分析阀门控制系统的开环特性，为控制算法的设计提供指导；2)进行闭环控制实验，验证控制算法的可行性。3.2智能阀门定位系统实验平台硬件设计3.2.1实验平台系统组成智能阀门定位系统实验平台主要包括气动部分和数据采集两部分，气动部分主要包括开关式智能阀门定位器和气动调节阀两部分。数据采集部分主要由压力传感器、研华数据采集卡、工控机组成。上位机软件是在VS2008下采用C#进行编程实现，采用SQLServer进行数据存储，最终能够实现数据采集、数据分析、数据存储、实时数据显示、实时曲线显示、历史数据查询、报表打印等功能。另外，测试平台还包括减压阀、稳压电源、信号发生器等必备设备。图3.1为智能阀门实验平台实物图片。1为定位器，2为气室，3为阀杆，4为调节阀，5为工控机，6为上位机界面，7为压力传感器，8为减压阀，9为稳压电源，10为信号发生器，11为百分表，12为数据采集卡图3.1智能阀门实验平台实物图为了更好的描述实验平台各器件之间的连接关系，现将其简化为如图3.2所示的系统示意图。
杭州电子科技大学硕士学位论文26图3.5实验信息填写界面3.4.2信号采集与通信模块设计智能阀门定位器实验平台需要实时采集、处理、存储每个传感器数据，这些数据包括：阀杆的位移、速度、加速度、气室的压力、气源的压力、压电开关阀工作状态等信息。其中阀杆的位移、速度、加速度通过位移传感器测量，开关式压电阀的工作状态通过监测单片机对应引脚来测量，并将数据通过DMA发送到智能阀门定位器测试软件上；气源压力和气室压力通过压力变送器测量，经过采集卡传送到智能阀门实验平台测试软件上。智能阀门实验平台测试软件对接收到的实验数据进行解析，并实时显示在主界面，同时绘制出数据实时曲线图，并将处理后的数据保存到本地数据库中，从而方便历史数据分析。实验过程中发现如果单纯通过串口将单片机中的数据发送到测试软件，由于发送频率较快，会导致单片机资源全部被串口程序占用，控制算法无法正常运行。经研究本测试软件选择使用单片机DMA进行数据传输，这种数据传输方式无须CPU的干预，节省了CPU的资源。假如不使用DMA，那么单片机在传输数据时，就需要CPU的参与，所以在传输数据的时候，CPU就不能做其他事情，无法做到数据传输和其他进程同步执行。当测试软件参数设置完成后，点击启动按钮，软件开始进行数据的采集、数据处理、数据显示、曲线绘制、数据存储，并且通过定时器完成循环采集功能。3.4.3测试软件界面设计软件界面主要包括主界面、曲线显示界面、历史查询界面，其中主界面主要用来实时显示系统运行的数据，曲线显示界面主要用来显示实时数据的变化曲线，历史查询界面主要用于查询历史数据，方便后期数据分析。(1)主界面设计智能阀门实验平台软件主界面如图3.6所示，通过主界面能够显示出智能阀门运行过程中的所有参数
【参考文献】：
期刊论文
[1]压电技术在智能阀门定位器中的应用[J]. 梁建厂. 能源研究与管理. 2017(03)
[2]基于模糊Smith控制的智能阀门定位器[J]. 张浩,王昕,王振雷,智茂轩,蒋明敬. 实验室研究与探索. 2017(05)
[3]基于HART通信协议的智能阀门定位器设计[J]. 吴宁胜. 自动化仪表. 2015(06)
[4]国产智能阀门定位器技术发展趋势与产品规划[J]. 颜炳良. 仪器仪表用户. 2015(03)
[5]基于继电反馈的气动阀门模型辨识方法[J]. 金献军,徐新民. 浙江大学学报(理学版). 2013(05)
[6]一种智能阀门定位器控制算法[J]. 付健,马林. 重庆理工大学学报(自然科学). 2013(04)
[7]新型智能阀门控制器的研究[J]. 唐鹏辉,张云贵,王丽娜. 自动化仪表. 2013(01)
[8]智能阀门定位器阀位自适应控制算法研究[J]. 刘军,冯艳君,王靖震,刘伟军,王天然. 仪表技术与传感器. 2012(12)
[9]智能阀门定位器控制算法的改进[J]. 刘国平,廖宣亮,胡瑢华. 化工自动化及仪表. 2012(04)
[10]压电比例式阀门定位器的控制方法研究[J]. 胡小玲,徐科军,杨庆庆,王刚,蒋浩. 电子测量与仪器学报. 2011(11)
博士论文
[1]智能电—气阀门定位器智能控制策略研究[D]. 时光.重庆大学 2011
硕士论文
[1]智能电气阀门定位器控制算法研究[D]. 汪凯斌.浙江工业大学 2018
[2]AVP100型阀门定位器控制参数自整定技术研究[D]. 刘闽豫.宁夏大学 2017
[3]阀门定位器及其特性研究与建模[D]. 吴凤民.宁夏大学 2017
[4]基于FPGA的智能阀门定位器的开发与研究[D]. 杨菲.兰州理工大学 2016
[5]智能阀门定位器控制系统的研究[D]. 李飞.上海应用技术学院 2015
[6]均热炉排烟阀门智能定位器控制系统的研究[D]. 赵明南.武汉科技大学 2014
[7]气动智能阀门定位器设计与实现[D]. 周欢喜.南京理工大学 2014
[8]智能阀门定位器的设计[D]. 廖宣亮.南昌大学 2012
[9]智能定位控制器及其调试平台的设计与研究[D]. 翟磊.南京理工大学 2012
[10]智能电气阀门定位器控制算法研究及实现[D]. 刘娜.中国民航大学 2011
本文编号：3363956
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
阀门进口数量
杭州电子科技大学硕士学位论文22第3章智能阀门定位系统实验平台搭建及性能分析3.1引言 为了更好的了解智能阀门定位系统的特性，设计出优良的阀门控制算法，本章搭建了智能阀门定位系统实验平台，其目的为：1)设计开环实验，分析阀门控制系统的开环特性，为控制算法的设计提供指导；2)进行闭环控制实验，验证控制算法的可行性。3.2智能阀门定位系统实验平台硬件设计3.2.1实验平台系统组成智能阀门定位系统实验平台主要包括气动部分和数据采集两部分，气动部分主要包括开关式智能阀门定位器和气动调节阀两部分。数据采集部分主要由压力传感器、研华数据采集卡、工控机组成。上位机软件是在VS2008下采用C#进行编程实现，采用SQLServer进行数据存储，最终能够实现数据采集、数据分析、数据存储、实时数据显示、实时曲线显示、历史数据查询、报表打印等功能。另外，测试平台还包括减压阀、稳压电源、信号发生器等必备设备。图3.1为智能阀门实验平台实物图片。1为定位器，2为气室，3为阀杆，4为调节阀，5为工控机，6为上位机界面，7为压力传感器，8为减压阀，9为稳压电源，10为信号发生器，11为百分表，12为数据采集卡图3.1智能阀门实验平台实物图为了更好的描述实验平台各器件之间的连接关系，现将其简化为如图3.2所示的系统示意图。
杭州电子科技大学硕士学位论文26图3.5实验信息填写界面3.4.2信号采集与通信模块设计智能阀门定位器实验平台需要实时采集、处理、存储每个传感器数据，这些数据包括：阀杆的位移、速度、加速度、气室的压力、气源的压力、压电开关阀工作状态等信息。其中阀杆的位移、速度、加速度通过位移传感器测量，开关式压电阀的工作状态通过监测单片机对应引脚来测量，并将数据通过DMA发送到智能阀门定位器测试软件上；气源压力和气室压力通过压力变送器测量，经过采集卡传送到智能阀门实验平台测试软件上。智能阀门实验平台测试软件对接收到的实验数据进行解析，并实时显示在主界面，同时绘制出数据实时曲线图，并将处理后的数据保存到本地数据库中，从而方便历史数据分析。实验过程中发现如果单纯通过串口将单片机中的数据发送到测试软件，由于发送频率较快，会导致单片机资源全部被串口程序占用，控制算法无法正常运行。经研究本测试软件选择使用单片机DMA进行数据传输，这种数据传输方式无须CPU的干预，节省了CPU的资源。假如不使用DMA，那么单片机在传输数据时，就需要CPU的参与，所以在传输数据的时候，CPU就不能做其他事情，无法做到数据传输和其他进程同步执行。当测试软件参数设置完成后，点击启动按钮，软件开始进行数据的采集、数据处理、数据显示、曲线绘制、数据存储，并且通过定时器完成循环采集功能。3.4.3测试软件界面设计软件界面主要包括主界面、曲线显示界面、历史查询界面，其中主界面主要用来实时显示系统运行的数据，曲线显示界面主要用来显示实时数据的变化曲线，历史查询界面主要用于查询历史数据，方便后期数据分析。(1)主界面设计智能阀门实验平台软件主界面如图3.6所示，通过主界面能够显示出智能阀门运行过程中的所有参数
【参考文献】：
期刊论文
[1]压电技术在智能阀门定位器中的应用[J]. 梁建厂. 能源研究与管理. 2017(03)
[2]基于模糊Smith控制的智能阀门定位器[J]. 张浩,王昕,王振雷,智茂轩,蒋明敬. 实验室研究与探索. 2017(05)
[3]基于HART通信协议的智能阀门定位器设计[J]. 吴宁胜. 自动化仪表. 2015(06)
[4]国产智能阀门定位器技术发展趋势与产品规划[J]. 颜炳良. 仪器仪表用户. 2015(03)
[5]基于继电反馈的气动阀门模型辨识方法[J]. 金献军,徐新民. 浙江大学学报(理学版). 2013(05)
[6]一种智能阀门定位器控制算法[J]. 付健,马林. 重庆理工大学学报(自然科学). 2013(04)
[7]新型智能阀门控制器的研究[J]. 唐鹏辉,张云贵,王丽娜. 自动化仪表. 2013(01)
[8]智能阀门定位器阀位自适应控制算法研究[J]. 刘军,冯艳君,王靖震,刘伟军,王天然. 仪表技术与传感器. 2012(12)
[9]智能阀门定位器控制算法的改进[J]. 刘国平,廖宣亮,胡瑢华. 化工自动化及仪表. 2012(04)
[10]压电比例式阀门定位器的控制方法研究[J]. 胡小玲,徐科军,杨庆庆,王刚,蒋浩. 电子测量与仪器学报. 2011(11)
博士论文
[1]智能电—气阀门定位器智能控制策略研究[D]. 时光.重庆大学 2011
硕士论文
[1]智能电气阀门定位器控制算法研究[D]. 汪凯斌.浙江工业大学 2018
[2]AVP100型阀门定位器控制参数自整定技术研究[D]. 刘闽豫.宁夏大学 2017
[3]阀门定位器及其特性研究与建模[D]. 吴凤民.宁夏大学 2017
[4]基于FPGA的智能阀门定位器的开发与研究[D]. 杨菲.兰州理工大学 2016
[5]智能阀门定位器控制系统的研究[D]. 李飞.上海应用技术学院 2015
[6]均热炉排烟阀门智能定位器控制系统的研究[D]. 赵明南.武汉科技大学 2014
[7]气动智能阀门定位器设计与实现[D]. 周欢喜.南京理工大学 2014
[8]智能阀门定位器的设计[D]. 廖宣亮.南昌大学 2012
[9]智能定位控制器及其调试平台的设计与研究[D]. 翟磊.南京理工大学 2012
[10]智能电气阀门定位器控制算法研究及实现[D]. 刘娜.中国民航大学 2011
本文编号：3363956
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