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基于模糊PID的恒压供水系统研究

作　者: 王恺
导　师: 李素玲
学　校: 山东理工大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 恒压供水 PLC WinCC 模糊PID Matlab
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


随着社会经济的迅速发展,水对人民生活与工业生产非常重要,人们对供水的质量、供水系统可靠性以及节约能源的要求不断提高。而建于六、七十年代的二次加压水厂大多设备陈旧、技术落后,电能浪费现象严重。因此,进行技术改造以提高水泵旧机组的利用率,把先进的自动化技术、智能控制技术及网络通讯技术等应用到供水领域,实现节能降耗成为对供水系统提出的新要求。本文阐述了供水系统的基本特性和变频调速原理,分析了变频恒压供水系统的结构特点和节能原理。根据实际控制要求,设计了由西门子S7-300PLC、WinCC、MM430变频器和水泵电机等构成的全自动恒压供水监控系统。本文开展了以下几个方面的研究工作:1.针对原水厂采用人工操作按钮控制电机的启停和阀门的开关,其自动化水平接近于零的情况,改用PLC作为控制器,使供水系统能全自动运行,实现无人值守。2.针对原水厂只能采用人工监控设备和定时抄表的现状,采用组态软件WinCC作监控界面,除实现了监控功能外,还实现了快捷归档、查询和参数修改等。3.针对原水厂依靠投切整台水泵,通过控制阀门开度来调节水压,以致水泵利用率低下,能量浪费严重的现状,改用变频器无级调速,不仅减少了水锤效应的影响,而且提高了系统的控制精度,还达到了节能降耗的目的。4.通过分别对PID控制、模糊控制和模糊PID控制三种方式的原理、结构和特点进行分析,利用Matlab进行系统仿真和抗扰性能实验。结果证明:模糊PID控制系统兼有PID控制和模糊控制的优点,系统的上升时间短,超调小,抗干扰能力强,鲁棒性好。5.通过对PID和模糊算法的研究,设计出在PLC中实现模糊PID参数自整定算法。研究模糊PID参数自整定控制系统,除具有较大的理论价值外,它还对改善供水系统的运行状况,提高供水系统的稳定性与可靠性,实现节能降耗具有重要的实际指导意义。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
第一章 绪论  7-12
  1.1 课题的背景和意义  7
    1.1.1 课题背景  7
    1.1.2 课题意义  7
  1.2 变频恒压供水系统国内外研究现状及发展趋势  7-8
  1.3 控制理论在变频恒压供水控制系统中的应用概况  8-10
  1.4 模糊控制在变频恒压供水控制系统中的应用情况  10-11
  1.5 研究内容  11
  1.6 本章小结  11-12
第二章 变频调速恒压供水系统的工作特性  12-17
  2.1 供水系统的基本特性  12
  2.2 变频调速原理  12-13
  2.3 水泵调速运行的节能原理  13-15
  2.4 供水系统的恒压控制原理  15-16
  2.5 本章小结  16-17
第三章 恒压供水控制系统设计  17-35
  3.1 变频调速恒压供水系统的设计要求  17
  3.2 PLC(下位机)控制系统设计  17-28
    3.2.1 PLC的特点  17-18
    3.2.2 西门子S7-300的特点  18
    3.2.3 控制系统设计步骤  18-19
    3.2.4 PLC的I/O点数选择  19-21
    3.2.5 Step7编程软件  21-22
    3.2.6 PLC程序设计  22-25
    3.2.7 控制电路设计中的隔离与互锁  25-26
    3.2.8 系统的电磁兼容性分析  26-28
    3.2.9 软件滤波  28
  3.3 上位机监控系统设计  28-33
    3.3.1 系统监控软件  28-31
    3.3.2 复杂功能的实现  31-33
  3.4 变频恒压供水系统的特点  33-34
  3.5 本章小结  34-35
第四章 恒压供水系统的模糊控制策略  35-53
  4.1 PID控制器的组成及其特点  35-37
    4.1.1 PID控制器的组成  35-36
    4.1.2 PID控制器的特点  36-37
  4.2 模糊控制原理及其特点  37-39
    4.2.1 模糊控制基本原理  37-38
    4.2.2 模糊控制的特点  38-39
  4.3 模糊PID原理及其特点  39-40
    4.3.1 模糊PID基本原理  39-40
    4.3.2 模糊PID控制的特点  40
  4.4 控制算法的仿真研究  40-52
    4.4.1 恒压供水系统数学模型的建立  40-44
    4.4.2 常规PID控制器仿真  44-47
    4.4.3 Fuzzy控制系统结构设计  47-49
    4.4.4 Fuzzy-PID控制系统结构设计  49-50
    4.4.5 实验结果分析  50-52
  4.5 本章小结  52-53
第五章 基于PLC模糊PID算法的实现  53-59
  5.1 模糊PID参数自整定  53-56
  5.2 300 PLC模糊PID参数自整定算法的实现  56-58
  5.3 本章小结  58-59
第六章 总结与展望  59-61
  6.1 研究工作总结  59-60
  6.2 研究展望  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-64
附录  64-78
  附录1  64-66
  附录2  66-78

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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