生物质气化炉模糊PID控制器研制
发布时间：2020-10-27 19:12
生物质气化是一个复杂的物化作用过程。由于受生物质化学成分、含水量、温度、负荷扰动等参数影响,生物质气化过程是一个随机干扰多、参数不确定、有时滞的动态过程,难以用精确的数学模型来描述,常规的PID控制器不能达到控制要求。 模糊参数自整定PID控制器,有机的结合了模糊控制和PID控制的优点：它不仅结构简单、性能优异、鲁棒性强、调节范围大,而且不需要获知被控对象的精确数学模型,调节迅速,超调量小,能够消除稳态误差；可以满足对控制稳定性和精确性的要求。 本文以模糊参数自整定PID控制算法为指导,以AT89C52单片机为控制中心,设计了能控制最优气化温度、最优可燃气浓度的高效控制器；该控制器具有人工智能的控制特点,可以对大时滞、有干扰、非线性、无数模的复杂系统进行有效控制；能够对输入的各种复杂数据、指令进行快速运算和处理,并输出多个有效电压,用以控制空气流量、水蒸气量、温度、可燃气浓度。运行测试结果表明,本论文设计的高效控制器,具有很强的自适应性,能够很好的对系统参数变化及各种干扰做出及时调节和控制,具有很好的稳定性及性能指标,能够保障气化过程在高效平稳中运行。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2012
【中图分类】：TK6;TP273
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
1.1 选题意义和背景
1.1.1 选题的意义
1.1.2 选题的背景
1.2 有关工业控制技术的研究现状
1.2.1 控制理论发展过程
1.2.2 PID控制器的发展
1.2.3 目前模糊控制技术热点问题和发展趋势
1.2.4 目前国内、外固定式生物质气化炉控制装置现状
1.3 解决问题方案主要内容及创新之处
1.3.1 设计固定式气化炉模糊高效控制系统
1.3.2 设计模糊参数自整定PID控制方式及算法
1.3.3 研制一台模糊参数自整定的PID高效控制器
2 固定式生物质气化炉工作过程和主要影响参数
2.1 固定式生物质气化炉工作过程
2.1.1 生物质原料的烘干释水过程
2.1.2 生物质原料的热解挥发过程
2.1.3 生物质原料的氧化反应过程
2.1.4 生物质原料的还原反应过程
2.2 气化过程主要作用参数
2.2.1 气化温度
2.2.2 气化反应时间
2.2.3 气化当量比
2.2.4 水分含量
3 模糊PID参数自整定控制器算法研究
3.1 常规PID控制技术
3.1.1 PID控制的基本概念
3.1.2 数字PID控制的表达式
3.1.3 PID参数整定方法
3.1.4 PID控制器的特点
3.2 模糊控制
3.2.1 模糊控制理论概述
3.2.2 模糊控制器的特点
3.2.3 模糊控制的基本原理
3.2.4 模糊控制算法的实现方法
3.2.5 采样时间的选择原则
3.3 模糊控制在PID自整定中的应用设计
3.3.1 系统的输入输出变量确定
3.3.2 确定PID参数模糊调整规则
3.3.3 合成推理算法
3.3.4 反模糊化PID参数ΔKp、ΔKi、Δ Kd的精确化判断
3.4 燃气浓度模糊自寻优控制器设计
3.4.1 燃气浓度模糊自寻优控制器原理
3.4.2 燃气浓度模糊自寻优控制器有关计算
3.5 水蒸气水分模糊控制器FSK设计
3.5.1 水蒸气水分模糊控制器FSK原理
3.5.2 有关水蒸气水分模糊控制器FSK计算
4 硬件和软件总体设计
4.1 硬件设计
4.1.1 单片机选择
4.1.2 信号输入电路
4.1.3 控制输出模块
4.1.4 可燃气量、风量、水蒸气调节阀选择
4.1.5 输入键盘和LED显示电路
4.2 软件设计
4.2.1 系统的主要程序流程图设计
4.2.2 核心控制程序
5 气化炉控制器的仿真、实验调试及分析
5.1 模糊参数自整定PID控制器仿真设计
5.1.1 MATLAB系统软件简介
5.1.2 Simulink环境下仿真设计
5.2 固定气化炉的实际温度控制测试
5.2.1 控制对象简介
5.2.2 固定气化炉的温度控制测试
5.2.3 气化炉水蒸气、CO燃气自寻优控制测试
结论
参考文献
致谢
【参考文献】
本文编号：2858929
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2012
【中图分类】：TK6;TP273
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
1.1 选题意义和背景
1.1.1 选题的意义
1.1.2 选题的背景
1.2 有关工业控制技术的研究现状
1.2.1 控制理论发展过程
1.2.2 PID控制器的发展
1.2.3 目前模糊控制技术热点问题和发展趋势
1.2.4 目前国内、外固定式生物质气化炉控制装置现状
1.3 解决问题方案主要内容及创新之处
1.3.1 设计固定式气化炉模糊高效控制系统
1.3.2 设计模糊参数自整定PID控制方式及算法
1.3.3 研制一台模糊参数自整定的PID高效控制器
2 固定式生物质气化炉工作过程和主要影响参数
2.1 固定式生物质气化炉工作过程
2.1.1 生物质原料的烘干释水过程
2.1.2 生物质原料的热解挥发过程
2.1.3 生物质原料的氧化反应过程
2.1.4 生物质原料的还原反应过程
2.2 气化过程主要作用参数
2.2.1 气化温度
2.2.2 气化反应时间
2.2.3 气化当量比
2.2.4 水分含量
3 模糊PID参数自整定控制器算法研究
3.1 常规PID控制技术
3.1.1 PID控制的基本概念
3.1.2 数字PID控制的表达式
3.1.3 PID参数整定方法
3.1.4 PID控制器的特点
3.2 模糊控制
3.2.1 模糊控制理论概述
3.2.2 模糊控制器的特点
3.2.3 模糊控制的基本原理
3.2.4 模糊控制算法的实现方法
3.2.5 采样时间的选择原则
3.3 模糊控制在PID自整定中的应用设计
3.3.1 系统的输入输出变量确定
3.3.2 确定PID参数模糊调整规则
3.3.3 合成推理算法
3.3.4 反模糊化PID参数ΔKp、ΔKi、Δ Kd的精确化判断
3.4 燃气浓度模糊自寻优控制器设计
3.4.1 燃气浓度模糊自寻优控制器原理
3.4.2 燃气浓度模糊自寻优控制器有关计算
3.5 水蒸气水分模糊控制器FSK设计
3.5.1 水蒸气水分模糊控制器FSK原理
3.5.2 有关水蒸气水分模糊控制器FSK计算
4 硬件和软件总体设计
4.1 硬件设计
4.1.1 单片机选择
4.1.2 信号输入电路
4.1.3 控制输出模块
4.1.4 可燃气量、风量、水蒸气调节阀选择
4.1.5 输入键盘和LED显示电路
4.2 软件设计
4.2.1 系统的主要程序流程图设计
4.2.2 核心控制程序
5 气化炉控制器的仿真、实验调试及分析
5.1 模糊参数自整定PID控制器仿真设计
5.1.1 MATLAB系统软件简介
5.1.2 Simulink环境下仿真设计
5.2 固定气化炉的实际温度控制测试
5.2.1 控制对象简介
5.2.2 固定气化炉的温度控制测试
5.2.3 气化炉水蒸气、CO燃气自寻优控制测试
结论
参考文献
致谢
【参考文献】
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