低品位余热发电装置的嵌入式控制系统研究
发布时间：2021-11-08 17:37
随着工业节能减排的号召,低品位余热资源回收发电技术开始被广泛关注。针对低品位余热资源回收难问题,课题组在前期研究的基础上提出罗茨动力机用于低品位余热发电领域的技术方案并对其控制系统进行研究。为使控制系统调试方便、易维护,改善运行稳定性,增强工作可靠性,本文对低品位余热发电装置的控制系统进行深入研究,通过控制系统硬件平台优化以及先进控制算法应用达到改善控制系统工作性能的目的。主要从以下几方面进行研究:1.对控制系统功能需求进行分析,提出模块-基板形式的硬件整体设计方案,在模块化硬件系统设计的基础上提出软件系统方案,并对低品位余热发电机组控制方法进行研究,将模糊PID控制应用于转速调节系统中,致力于稳定电能的研究。2.运用模块化设计思想搭建具有可裁剪、可移植、可扩展功能的模块-基板形式硬件平台。主要有以主从C8051F020片上系统为核心的最小系统模块、输入接口电路部分（包括仪表信号采集模块、转速检测模块、I/O输入模块）、输出接口电路部分（包括电动比例阀驱动模块、伺服节流阀驱动模块、开关量输出模块）、电源模块以及通信接口模块。各功能模块独立存在,通过基板连接完成硬件平台搭建,表明模块-基...
【文章来源】：河北工业大学天津市 211工程院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 低品位余热利用技术研究现状
1.3 低品位余热发电装置研究现状
1.3.1 小型动力机的研究现状
1.3.2 罗茨动力机的在低品位余热发电装置中的应用
1.4 低品位余热发电技术控制系统研究
1.4.1 低品位余热发电技术控制系统现状
1.4.2 低品位余热发电控制系统的确定
1.5 课题的提出及研究内容
1.5.1 课题的提出
1.5.2 论文主要研究内容
第二章 控制系统需求分析与总体方案设计
2.1 低品位余热发电装置介绍
2.1.1 罗茨动力机
2.1.2 蒸汽循环管道
2.1.3 冷却润滑系统
2.1.4 发电机及电力输出控制柜
2.2 需求分析与方案设计
2.2.1 关键元器件的研究
2.2.2 控制系统需求分析
2.2.3 控制对象分析
2.2.4 硬件总体方案设计
2.2.5 软件总体方案设计
2.3 低品位余热发电机组控制策略研究
2.3.1 系统稳定性概念
2.3.2 控制策略研究
2.3.3 模糊PID控制器
2.3.3.1 PID控制系统
2.3.3.2 模糊控制器
2.3.3.3 模糊PID控制系统
2.4 本章小结
第三章 低品位余热发电嵌入式控制系统硬件开发
3.1 控制芯片选型
3.2 最小系统设计
3.3 主MCU输入接口电路设计
3.3.1 仪表信号采集电路设计
3.3.2 转速检测电路设计
3.3.3 I/O输入通道电路设计
3.4 从MCU输出接口电路设计
3.4.1 电动比例阀驱动电路设计
3.4.2 伺服节流阀驱动电路设计
3.4.3 开关量输出接口电路设计
3.5 多电源电路设计
3.5.1 24V-12V电源转换电路设计
3.5.2 24V-5V电源转换电路设计
3.5.3 5V-3.3V电源转换电路设计
3.6 通信接口电路设计
3.6.1 RS232 通信接口电路设计
3.6.2 RS485 上位机通信接口电路设计
3.7 模块-基板硬件平台搭建
3.8 本章小结
第四章 低品位余热发电嵌入式控制系统软件设计
4.1 低品位余热发电系统软件总体设计方案
4.1.1 系统主程序设计
4.1.2 冷却润滑系统软件设计
4.1.3 发电系统软件设计
4.1.4 故障处理系统设计
4.2 转速调节系统软件设计
4.2.1 系统模型建立
4.2.2 转速调节模糊PID控制器设计
4.2.3 转速调节系统软件实现
4.3 系统通信模块软件设计
4.3.1 SPI通讯程序设计
4.3.2 人机交互系统设计
4.3.2.1 人机交互系统选择
4.3.2.2 Modbus通信协议
4.3.2.3 基于Modbus-RTU协议的人机交互系统软件设计
4.4 人机交互功能界面设计
4.5 本章小结
第五章 控制系统实验测试
5.1 基础硬件测试
5.1.1 电源电路硬件测试
5.1.2 最小系统硬件测试
5.1.3 通信电路硬件测试
5.1.4 伺服节流阀驱动硬件测试
5.1.5 电动比例阀驱动硬件测试
5.1.6 转速检测硬件测试
5.2 试验验证与结果分析
5.2.1 试验平台
5.2.2 试验结果与分析
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
附录 A
攻读学位期间所取得的相关科研成果
致谢
本文编号：3483932
【文章来源】：河北工业大学天津市 211工程院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 低品位余热利用技术研究现状
1.3 低品位余热发电装置研究现状
1.3.1 小型动力机的研究现状
1.3.2 罗茨动力机的在低品位余热发电装置中的应用
1.4 低品位余热发电技术控制系统研究
1.4.1 低品位余热发电技术控制系统现状
1.4.2 低品位余热发电控制系统的确定
1.5 课题的提出及研究内容
1.5.1 课题的提出
1.5.2 论文主要研究内容
第二章 控制系统需求分析与总体方案设计
2.1 低品位余热发电装置介绍
2.1.1 罗茨动力机
2.1.2 蒸汽循环管道
2.1.3 冷却润滑系统
2.1.4 发电机及电力输出控制柜
2.2 需求分析与方案设计
2.2.1 关键元器件的研究
2.2.2 控制系统需求分析
2.2.3 控制对象分析
2.2.4 硬件总体方案设计
2.2.5 软件总体方案设计
2.3 低品位余热发电机组控制策略研究
2.3.1 系统稳定性概念
2.3.2 控制策略研究
2.3.3 模糊PID控制器
2.3.3.1 PID控制系统
2.3.3.2 模糊控制器
2.3.3.3 模糊PID控制系统
2.4 本章小结
第三章 低品位余热发电嵌入式控制系统硬件开发
3.1 控制芯片选型
3.2 最小系统设计
3.3 主MCU输入接口电路设计
3.3.1 仪表信号采集电路设计
3.3.2 转速检测电路设计
3.3.3 I/O输入通道电路设计
3.4 从MCU输出接口电路设计
3.4.1 电动比例阀驱动电路设计
3.4.2 伺服节流阀驱动电路设计
3.4.3 开关量输出接口电路设计
3.5 多电源电路设计
3.5.1 24V-12V电源转换电路设计
3.5.2 24V-5V电源转换电路设计
3.5.3 5V-3.3V电源转换电路设计
3.6 通信接口电路设计
3.6.1 RS232 通信接口电路设计
3.6.2 RS485 上位机通信接口电路设计
3.7 模块-基板硬件平台搭建
3.8 本章小结
第四章 低品位余热发电嵌入式控制系统软件设计
4.1 低品位余热发电系统软件总体设计方案
4.1.1 系统主程序设计
4.1.2 冷却润滑系统软件设计
4.1.3 发电系统软件设计
4.1.4 故障处理系统设计
4.2 转速调节系统软件设计
4.2.1 系统模型建立
4.2.2 转速调节模糊PID控制器设计
4.2.3 转速调节系统软件实现
4.3 系统通信模块软件设计
4.3.1 SPI通讯程序设计
4.3.2 人机交互系统设计
4.3.2.1 人机交互系统选择
4.3.2.2 Modbus通信协议
4.3.2.3 基于Modbus-RTU协议的人机交互系统软件设计
4.4 人机交互功能界面设计
4.5 本章小结
第五章 控制系统实验测试
5.1 基础硬件测试
5.1.1 电源电路硬件测试
5.1.2 最小系统硬件测试
5.1.3 通信电路硬件测试
5.1.4 伺服节流阀驱动硬件测试
5.1.5 电动比例阀驱动硬件测试
5.1.6 转速检测硬件测试
5.2 试验验证与结果分析
5.2.1 试验平台
5.2.2 试验结果与分析
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
附录 A
攻读学位期间所取得的相关科研成果
致谢
本文编号：3483932
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