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37100字硕士毕业论文智能电子定位器自校正计算的研究

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:37100字
论点:阀门,控制,阀门定位器
论文概述:

根据定位器在阀门控制中的实际应用情况提出具体的可执行的控制参数自整定方法,并给出了定位器中实现的具体流程与相关实验结果。然后详细介绍了定位器控制算法具体实现流程并给出了其

论文正文:

第一章引言

1.1应用背景和意义
气动阀广泛应用于工业控制的各个方面,在电力、冶金、石化和城市给排水系统中作为重要的技术设备发挥着关键作用。在实际的工业控制过程中,对阀门的流量控制功能要求越来越高,这不仅要求控制精度高,而且要求控制方式的多样性和灵活性。阀门定位器作为阀门的核心控制部件,可以改善阀门的静态和动态特性,有助于克服介质引起的不平衡力以及执行器与填料之间的摩擦力,增加控制灵活性,提高控制精度。因此,除了执行机构本身的性能改进之外,阀门定位器的发展和进步已经成为一个不可避免的要求。原阀门定位器为纯气动机械力平衡型,但随着工业自动化的发展,传统的手动机械调节方法已不再适用于许多场合。到目前为止,已经有一种智能电动阀门定位器,它将微处理器应用于阀门定位器。智能阀门定位器具有高灵敏度、高可靠性和内部设定参数的选择性,大大提高了死区阀门的动态响应,使阀门行程准确稳定运行。与传统的阀门定位器相比,智能阀门定位器具有明显的优势,更适合现代过程控制的需要,因此已成为当前阀门定位器
第2章阀门定位器的原理的研究热点和发展趋势。除了总线通讯功能、数据恢复、流量特性选择等功能外,智能电动阀门定位器还有另一个至关重要的功能:一键自整定功能。传统的定位器控制参数设置过程繁琐,需要反复调整,费时费力,要求操作人员在控制回路参数设置方面具有丰富的控制知识和经验。智能电动阀参数自设定规则可以自动识别阀机构尺寸和摩擦力,自动完成零位满设定,自动选择最佳控制参数和一系列系统控制设定,使得控制参数设定非常简单,在一定程度上改善了阀定位的静态和动态特性。因此,研究智能电动阀门定位器的自整定控制算法具有重要的现实意义。

1.2国内外研究现状
在当前中国市场,智能阀门定位器主要由国外品牌制造。中国自主开发并拥有自主知识产权的智能阀门定位器几乎是空白色。早在十多年前,一些在工业自动化领域拥有多年经验和强大技术优势的外国制造商,如西门子、费希尔-罗斯蒙特、山本有限公司等公司,就开始开发智能阀门定位器系统。他们先后开发了智能双线阀门定位器,有的还配置了HART总线、FF总线等现场总线接口,实现定位器的数字化、智能化和网络化。阀门定位器的控制性能大大提高,代表了智能阀门定位器生产和发展中当前的世界水平和发展方向[3]
2.2输入/输出转换单元
这里使用的输入/输出转换单元是喷嘴挡板型输入/输出转换单元。这种结构的输入/输出转换单元由气体放大器、恒定孔、喷嘴、挡板、线圈、气源等组成。具体结构如图2-2所示。带电线圈在铁芯周围产生磁力,磁力的大小随着线圈中电流的变化而变化。磁力大时,喷嘴对挡板的吸力大,磁力小时,喷嘴对挡板的吸力小。喷嘴和挡板之间的距离可以通过改变线圈电流的大小来有效地控制,从而导致喷嘴一侧的背压改变,并进一步调节从气体放大器进入阀的空空气流量,最终显示阀
第3章阀门系统识别……8
3.1继电器反馈原理……9
3.2阀门系统识别方法……10
3.2.1继电器反馈识别算法……10
3.2.2阀门型号识别……11 [/BR/] 3.3阀门系统识别结果……12 [/BR/] 3.3.1气动阀识别结果……13[/比尔/] 3.3.2 Matlab仿真验证……15 [/BR/]第四章PID控制方法及其参数整定……17
4.1 PID控制参数整定方法……17
4.1.1 PID控制……17
4.1.2常规PID参数整定……18
4.1.3基于错误性能指标设置规则……19
4.2……20
4.3定位器PID控制算法……24
第五章定位器自整定算法及控制算法实现……29
5。1定位器工作流……29
5.1.1控制参数在闪存中的存储……30
5.1.2设置模式和控制模式转换……32
5.2定位器控制参数自设置已实施……32
5。2.1通过定位器识别阀门特性参数……34 [/BR/] 5.2.2阀门的PID控制参数整定……37 [/BR/] 5.3定位器控制算法……38的位置变化。。目前,费希尔-罗斯蒙特公司生产的基于现场总线阀门定位系统的DVC系列产品性能优异、质量高、智能化程度高,在一定程度上代表了当今阀门定位器制造领域的最高国际水平的产品。然而,西门子生产的SIPART系列和山本有限公司生产的SVP系列凭借其自身的特点和稳定可靠的性能,被广泛应用于各个领域。在国内,虽然起步较晚,但我们逐渐意识到开展相关研究的紧迫性,并在这一国际趋势的推动下开始迎头赶上。一些强大的制造商在代理国外相关产品的同时,也投入了人力、物力和财力来开发各种智能阀门定位器产品。例如重庆川仪第十一厂开发的HVP系列和乐清第九自动化仪表厂开发的SEPP4000。虽然取得了良好的效果,但与国外产品相比,控制性能仍有很大差距。

[4]

2.1定位器的工作原理
本文所指的智能阀门定位器是专门为气动阀设计的,与阀门和输入/输出转换单元构成一个完整的闭环控制系统。其工作系统框图如图2-1所示:虚线框部分表示智能阀门定位器,主要包括两部分:信号处理单元和阀门位置反馈单元。在定位器的一个控制周期中,信号处理单元接收外部定位信号(例如4-20mA电流信号、HART数字信号等)。),通过采样由阀位置反馈单元提供的当前阀位置的信号来计算和输出驱动电信号。输入/输出转换单元将电信号转换成相应的气动信号,以驱动阀门移动。阀门位置的变化由阀门位置反馈单元检测,系统实时采集阀门位置信号并反馈给信号处理单元进行处理。

[6]

2。3阀门特性分析
气动阀的结构原理如图2-3所示,由执行结构和阀体组成。致动结构由隔膜、推杆和平衡弹簧组成。它是阀门的推动装置,推动阀芯(塞)动作,使流经阀体的液体受到阀芯位置的影响。阀芯与阀杆连接,阀杆的运动受密封装置产生的摩擦力(静摩擦力和动摩擦力)的影响。因此,阀的阀芯位置受弹簧弹力、输入空气压和摩擦力的影响,只有当这三个力达到平衡时,阀芯位置才能稳定。阀门的静摩擦现象很复杂。如果输入空气压产生的驱动力无法克服静摩擦,阀芯位置将不会改变。

[8]

结论

本文在喷嘴挡板式i/P转换单元智能电动阀门定位器硬件系统基本构成的基础上,主要对其软件流程和定位控制算法进行了大量的研究和实验,提出了一种具有不同规格气动阀门通用性并满足相关控制要求的自校正算法和控制算法。经过两年的研发,最终取得了以下成果:
(1)可以进行基于继电器反馈法的气动阀系统辨识,可以得到整个气动阀更精确的一阶惯性加纯滞后模型。
(2)基于系统辨识得到的数学模型,利用matlab进行系统仿真。通过对比研究,确定ISTE准则为PID控制参数优化方法,并给出了具体的matlab计算过程和方法。结合阀门的数学模型,给出了相应的控制效果良好的PID控制参数。
(3)在传统PID控制的基础上,结合定位器阀门控制的实际情况,给出了分段PID控制方法。在matlab上实现分段PID控制参数的优化。
(4)实现定位器控制参数的自整定。简化阀门的系统识别,使其能够在线识别不同规格阀门的特性参数,并通过查表法获得相应的控制参数。
虽然在智能电动阀门定位器的研发方面取得了显著的成就,可以实现一键自整定,满足实际工业应用中的相关控制要求,但与能够大规模生产的成熟工业产品相比,还有一些相关工作需要做,在几个技术方面还有待改进或进一步研究。

参考目录
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