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基于模糊控制的超速离心机电控系统设计
作 者: 胡乃杰
导 师: 刘波峰
学 校: 湖南大学
专 业: 检测技术与自动化装置
关键词: 超速离心机 模糊控制 射频转子识别 变频调速 抗干扰
分类号: TP273.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
下 载: 128次
引 用: 4次
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内容摘要
离心机是一种分离设备,借助高速旋转产生巨大的离心力来分离提纯物质,在生物学研究和工业生产中应用广泛。随着控制技术发展,离心机转速越来越高,出现了高速、超速以及超高速离心机。国外离心机的研制起步较早,在技术、材料和工艺上领先于国内,特别是超速和超高速离心机,已经生产出最高转速达150000 rpm的离心机。国内技术相对落后,处于高速离心机的研发与生产阶段,30000 rpm以上的离心机几乎没有,本论文的设计就是在这样背景下提出的。本论文研究对象是超速离心机的电控系统,包括电控系统的硬件设计,转速、温度的控制算法设计和电控系统的软件设计。在电控系统硬件设计时,首先对系统从功能上进行模块化划分,然后进行模块化设计,完成各部分的功能,重点介绍了转子识别模块、转速测量控制模块和温度测量控制模块。转子识别采用射频识别的方式,在运行前或低转速时完成转子识别,限制最高转速设置,提高安全性;利用霍尔传感器A44E测量转速,通过变频器控制转速;温度传感器DS18B20测量温度,通过控制可控硅导通角来控制温度。系统中包括电机和变频器,做了硬件抗干扰设计。温度和转速是离心机系统中最重要的两个控制量,力求控制精确。本论文中针对温度控制中的不确定因素,设计了模糊控制器来控制温度;对转速的控制采用模糊PID控制算法,使参数整定简单易行。通过试验数据对比,控制算法处理的温度和转速控制精度都得以提高。在电控系统软件设计时,首先对软件系统模块化处理,然后划分各模块的功能。主要讲述了转子识别时的转子编码,射频通信时的读写流程,变频器通信的软件协议以及主要模块的程序流程图。文章最后介绍了软件设计时抗干扰措施。
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全文目录
摘要 5-6 ABSTRACT 6-10 第1章 概论 10-14 1.1 概述 10-11 1.2 离心机的现状及发展趋势 11-12 1.3 超速离心机的技术难点 12 1.4 本文的主要工作与章节安排 12-14 第2章 超速离心机系统 14-18 2.1 离心机工作原理 14 2.2 超速离心机的离心方法 14-15 2.3 离心机的结构 15-16 2.4 离心机系统的技术要求 16-17 2.5 本章小结 17-18 第3章 超速离心机电控系统硬件设计 18-39 3.1 超速离心机电控系统的概述 18-19 3.1.1 离心机电控系统的原理和结构 18 3.1.2 离心机电控系统总体设计准则 18-19 3.2 离心机电控系统的模块化设计 19-36 3.2.1 数码管显示模块 20 3.2.2 液晶屏显示模块 20-22 3.2.3 转子识别模块 22-27 3.2.4 键盘模块 27-28 3.2.5 转速测量控制模块 28-30 3.2.6 温度测量控制模块 30-33 3.2.7 程序存储模块 33-35 3.2.8 故障检测与保护模块 35-36 3.3 硬件抗干扰 36-38 3.3.1 接地 36 3.3.2 屏蔽与隔离 36-37 3.3.3 电源抗干扰 37 3.3.4 电路设计抗干扰 37-38 3.4 本章总结 38-39 第4章 温度及转速的控制算法 39-60 4.1 控制理论的概况 39-41 4.1.1 传统控制理论 39 4.1.2 现代控制理论 39-40 4.1.3 智能控制理论 40 4.1.4 复合控制策略 40-41 4.2 模糊控制和PID 控制 41-49 4.2.1 模糊控制理论 41-45 4.2.2 PID 控制理论 45-47 4.2.3 模糊PID 控制器 47-49 4.3 模糊控制器的温度控制设计 49-53 4.4 模糊PID 控制器的转速控制 53-59 4.5 本章小结 59-60 第5章 超速离心机电控系统软件设计 60-70 5.1 超速离心机电控系统软件设计 60-67 5.1.1 电控系统软件的模块划分 60-61 5.1.2 离心机电控系统软件模块设计 61-67 5.2 软件抗干扰设计 67-69 5.3 本章小结 69-70 结论 70-72 参考文献 72-75 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录 75-76 附录B 超速离心机电控系统的电路设计图 76-77 附录C 超速离心机电控系统主程序 77-83 致谢 83
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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 > 模糊控制、模糊控制系统
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