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大型液压源温度控制系统研究

作　者: 徐晓东
导　师: 杨华勇；龚国芳
学　校: 浙江大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 液压源 温度控制 自整定模糊PID控制 系统设计 仿真 PLC
分类号: TH137.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 421次
引　用: 5次
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内容摘要


为某大型液压试验台进行液压源温度控制系统设计，使其油温控制精度达到国家标准（GB／T 7935-2005）规定的B级精度要求（±2℃）。液压源温度控制系统设计包括：温度控制装置设计、温度控制算法设计和PLC控制系统设计三大部分。温度控制装置设计由冷却元件选型和冷却水路设计两部分组成。冷却元件选用可拆卸式板式换热器，以液压系统在不同工况下的最高发热功率为选型依据确定板式热交换器的型号和板片数量，从而保证系统的冷却能力；冷却水路采用三通比例流量阀分水原理进行冷却水量的连续调节。温控系统通过调节三通阀阀芯开度来调节通过板式换热器的冷却水流量，进而改变板式换热器的换热能力，以此达到温控的目的。在温度控制算法设计方面，由于液压源温度控制系统是非线性、时变的大滞后系统，故采用参数自整定模糊PID控制算法，通过模糊推理在线调整PID三大参数，避免PID控制依赖系统模型，对时变参数敏感以及模糊控制稳态精度较差等缺点，使系统在快速性、稳定性和准确性上获得更加优良的性能。通过计算机仿真对参数自整定模糊PID控制算法进行了辅助设计和性能分析。PLC控制系统设计方面，采用S7-SCL编程语言编写温控程序，使用组态软件STEP7完成系统组态和程序调试，最终在PLC系统平台上编写完成参数自整定模糊PID温度控制程序。通过对该液压源温度控制系统在各种工况下进行的验证试验发现：（1）PID的初始参数KP0，KI0，KD0的选定依然很重要，不能选取使系统振荡或发散的值，同时也要综合考虑量化因子和比例因子的选取。在实际系统的设计中，要通过现场试验反复整定，选择最佳值才能达到较好的控制效果。（2）使用PLC控制器实现程序算法时，模糊推理规则的维数一般不能太多，否则计算缓慢并影响控制的实时性。为保障实时性，可以通过离线计算将模糊推理规则构造为模糊推理表，在实际的控制过程中通过查表的方式，实现快速地模糊推理。（3）模糊控制对人的经验依赖很大，其整定规则的制定要建立在对系统的反复试验基础上，其参数特别是量化因子和比例因子要通过试验进行优化。（4）在PLC控制系统的设计过程中，提高系统的抗干扰能力是一个关键问题，其对温度控制性能的影响很大，特别是PID控制器中的微分环节对干扰特别敏感。为防止系统振荡，应采取必要措施降低干扰。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章 绪论  10-20
  1.1 引言  10-11
  1.2 热交换器的分类与特点  11-14
  1.3 大滞后温度控制算法的研究与发展  14-17
    1.3.1 继电器控制  14
    1.3.2 PID控制  14
    1.3.3 Smith预估控制  14-15
    1.3.4 大林算法  15
    1.3.5 神经网络控制  15
    1.3.6 模糊控制  15-16
    1.3.7 Fuzzy-PID复合控制  16
    1.3.8 自适应神经网络模糊推理系统  16-17
  1.4 PID控制器参数自整定研究与发展  17-19
    1.4.1 辨识法  17-18
    1.4.2 规则法  18-19
  1.5 本文主要完成的工作  19-20
第2章 液压源温控装置设计  20-39
  2.1 引言  20
  2.2 控制对象分析及温控装置设计流程  20-25
    2.2.1 液压源设计参数及技术难点  20-22
    2.2.2 液压源控制系统架构  22-24
    2.2.3 温控装置设计流程  24-25
  2.3 系统发热功率计算  25-29
    2.3.1 待命工况发热功率  25-26
    2.3.2 测试工况发热功率  26-27
    2.3.3 瞬态峰值工况发热功率  27-28
    2.3.4 系统发热功率分析  28-29
  2.4 冷却系统设计与校验  29-31
  2.5 冷却水路设计  31-38
    2.5.1 方案分析  31-33
    2.5.2 离心泵扬程计算  33-35
    2.5.3 温控系统工作原理及组成  35-38
  2.6 本章小结  38-39
第3章 参数自整定模糊PID温控方法研究及仿真分析  39-59
  3.1 引言  39
  3.2 PID及模糊控制器原理与设计  39-42
    3.2.1 PID控制原理  39-40
    3.2.2 PID控制器设计中的关键问题  40-41
    3.2.3 模糊控制原理  41-42
  3.3 参数自整定模糊PID复合控制器设计  42-50
    3.3.1 参数自整定模糊PID复合控制原理  42-43
    3.3.2 模糊调整PID参数规则  43-44
    3.3.3 参数自整定模糊温度控制器设计  44-50
  3.4 基于MATLAB的参数自整定模糊控制器仿真  50-58
    3.4.1 系统仿真模型的建立  50-51
    3.4.2 模糊逻辑控制器设计  51-53
    3.4.3 自整定模糊PID控制仿真分析  53-58
  3.5 本章小结  58-59
第4章 液压源电控系统实现及温控试验分析  59-80
  4.1 引言  59
  4.2 液压源电控系统的组成  59-63
    4.2.1 软启动子系统  60-61
    4.2.2 电机保护控制子系统  61-63
    4.2.3 PLC控制系统  63
  4.3 PLC控制系统设计  63-67
    4.3.1 系统接口设计  63-64
    4.3.2 通讯系统设计  64
    4.3.3 系统组态  64-65
    4.3.4 PLC程序设计  65-66
    4.3.5 PLC系统调试  66
    4.3.6 系统抗干扰措施  66-67
  4.4 温控系统硬件架构  67-69
  4.5 温度控制软件流程  69-70
  4.6 PLC温控模糊推理表  70-71
  4.7 温控试验及曲线分析  71-79
    4.7.1 出厂验收试验  71-77
      一. 试验条件  71
      二.温控试验  71-75
      三.曲线分析  75-77
    4.7.2 待命况模拟试验  77-78
      一.试验条件  77
      二.试验曲线  77-78
    4.7.3 全流量模拟试验  78-79
      一.试验条件  78
      二.试验曲线  78-79
    4.7.4 试验结论说明  79
  4.8 本章小结  79-80
结束语  80-82
参考文献  82-86
致谢  86

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械零件及传动装置 > 液压传动 > 液压传动装置的应用
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