基于智能仪表的气罐压力控制系统设计.doc-资料库

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毕业设计论文题目：气罐压力控制系统系专姓学别：业：名：号：指导教师：第 1 页

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目录摘要........................................................................................................................... 4 ABSTRACT.................................................................................................................. 5 1.1 课题背景......................................................................................................... 6 1.2 压力控制系统的发展状况............................................................................. 6 第 2 章气罐压力控制系统设计............................................................................... 8 2.1 系统概述......................................................................................................... 8 2.2 系统组成与工作原理..................................................................................... 8 2.3 被控参数的选择............................................................................................. 9 2.5 控制变量的选择........................................................................................... 10 2.6 仪表的选择................................................................................................... 12 2.6.1 7BN1562 压力变送器..........................................................................12 2.6.2 HR-WP-X TD/D415 调节器................................................................13 2.6.3 DFC-Ⅲ型伺服放大器......................................................................... 15 2.6.4 DFD-05 型电动操作器........................................................................16 2.6.5 DKJ-3100 角行程电动执行机构.........................................................18 第 3 章模糊 PID 流量控制原理...............................................................................20 第 4 章软件设计..................................................................................................... 22 4.1 软件设计流程图......................................................................................... 22 4.2 工程常用调试方法..................................................................................... 25 第 5 章总结............................................................................................................. 26 参考文献..................................................................................................................... 27 附录电气配接图及说明......................................................................................... 29 第 3 页

摘要所谓压力控制系统就是利用管道或容器中的介质压力作为被控制量，从而保证输出一个恒定的气压的反馈控制系统。目前生产中应用的压力控制系统，主要以传统的 PID 控制算法为主。但对于复杂的大型系统，其数学模型往往难以获得，传统的 PID 控制方式显得无能为力。为适应复杂控制系统的控制要求，人们研究了很多智能控制方法，模糊 PID 控制便是其中之一。本文主要研究了模糊 PID 控制及其改进方法在压力系统中的应用。通过使用 PID 控制技术与模糊控制理论控制该压力系统，并利用 MATLAB 仿真软件对系统进行了仿真研究。仿真研究的结果表明，参数自整定模糊PID控制可以在线调整PID参数，使控制系统的响应速度快，超调量减少，过渡过程时间大大缩短，振荡次数减少，具有较强的鲁棒性和良好的稳定性。关键词：过程控制，压力控制系统第 4 页

ABSTRACT The pressure control systems is a pipe or container used in the media pressure is measured as a control the feedback from the control system. To ensure that the output of a constant pressure. control system ． mainly to the It is a hipractical value to study th level control methods ． application of the current production level traditional PID algorithm．based．But for the large．scale complex systems，its mathematical models are often dimcult to obtain.the traditional PID control is powerless．In order to meet the requirements of the pressure control system,people have developed a lot of much intelligent control methods，and fuzzy PID control is one of them．This paper mainly researched the fuzzy PID control andimprovement methods in pressure control system．Through the use of PID control technology and the fuzzy control theory, the pressure control system is designed, and using MATLAB simulation software of the simulation system. Simulation results show that parameter self-tuning fuzzy PID control can adjust the PID parameters online,making the control system fast response speed, small overshoot, Shortened transition time, reducing the frequency of oscillation,has strong robustness and good stability. Keywords: process control, pressure control system 第 5 页

第 1 章绪论 1.1 课题背景随着过程控制的迅速兴起与蓬勃发展，其稳定、安全、高效、经济等优点十分突出，所以其应用也十分广泛。而气压控制作为过程控制的重要一类，现今也是快速成为越来越重要的一种控制媒介，其理由为在气压缸之程序控制，气压控制提供了最逻辑的控制手段，应用在现今自动化的生产机器。气压是一个日常生活中常常接触到的物理量，初中时我们就接触了大气压的应用。在日常生活中，我们接触到的有气压计、抽水机、抽气机、打气筒、高压锅等等，在医学领域，最常见的有气压止血带、高气压消毒、血压计等等。在工业上，如气体压缩机、离心压缩机、富气压缩机等等，而这些在石油化工行业中起到了举足轻重的作用。 1.2 压力控制系统的发展状况随着自动控制技术的发展，精密气压产生与控制技术的应用越来越广泛。而传统的阀门控制器控制精度不够，运行速度缓慢，且价格昂贵，已不能满足这方面的要求。出现了多变量 PID 神经元网络控制系统，电气比例阀气压控制系统，基于硅微控阀门的气压控制系统，模糊 PID 控制压力控制系统等一系列高科技的压力控制系统。在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器，设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控制量）自动地按照预定的规律运行。为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的总体，这就是自动控制系统。在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值，例如温度，压力等；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。气压液压控制技术既不是“朝阳技术”，也不是“夕阳技术”，而是与人类共存的永恒技术，且在中国还是一个不断发展的技术。20 世纪 80 年代以后，中国的经济发生了突飞猛进的变化，气压的应用尤其字锅炉，航空等行业，产品的技术第 6 页

性能已接近发达国家水平。锅炉是经济发展时代不可缺少的商品，未来将如何发展，是非常值得研究的。而这一切都离不开对压力控制系统的研究。而国外一些发达国家在控制系统这方面的研究更是非常的重视，而且在高科技技术的背景下，更是取得了相当大的成果。比如在油田领域中，运用钻井液微流量控制系统技术（MFC）通过对钻井液的精密控制，从而更高预防和减少钻井事故的发生。还有航空领域，采用模糊控制方法实现了大气压力模拟舱内的压力控制。采用 LabVIEW 软件开发测控软件,利用实验室的现有条件,结合某型电子/气动式压调器的实验,完成了飞机在各种飞行状态下所需的大气压力模拟舱内的压力控制,取得了非常好的效果。第 7 页

第 2 章气罐压力控制系统设计系统初步思路及方案研究思路： 1、通过系统方框图以及设计要求，了解大致思路。 2、设计硬件电路，选择功能模块电路的资料 3、控制面板的设计，需要用到压力容器、压力检测计、流量检测装置、 PID 控制器、电子调节阀、针型阀 4、通过 PID 运算电路，写出 PID 的传递函数 5、硬件仿真，记录数据以及实时曲线。 2.1 系统概述气罐是工厂重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽，以满足负荷的需要。为此，气罐生产过程的各个主要参数都必须严格控制。气罐设备是一个复杂的控制对象，主要输出变量是负荷、气罐给水、燃料量、减温水、送风和引风量。主要输出变量包括气泡水位过热蒸汽温度及压力等。气罐压力控制系统采用 PID 控制算法。PID 调节器的输出量变换成控制量用以控制执行器，近而对气罐压力进行控制。内置 PID 调节器对气罐压力给定值和气罐压力实际值的差值信号进行 PID 调节。其输出信号即是调节器的输入信号。当气罐压力的实际值小于气罐压力设定值时，内置 PID 调节器的输入信号为正值，PID 调节器的输出信号增大，使执行器对管道加压，直至管道压力调节到与设定值相同，达到动态稳定。当气罐压力的实际值大于气罐压力设定值时，内置 PID 调节器的输入信号为负值，PID 调节器的输出信号减小，使执行器对管道减压，直至管道压力调节到与设定值相同，达到动态稳定。 2.2 系统组成与工作原理压力控制系统的研究与设计系统方框图如图 2.1 所示。本图是一个简单的单闭环控制系统。一个完整的过程控制系统图一般有调节器（控制器）、执行器、被控过程和测量变送器四个环节。其中调节器、执行器和测量变送器都属于检测控制仪表，所以，也可以认为，过程控制系统 = 检测和控制仪表 + 被控过程。第 8 页

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