隔膜泵控制的关键技术研究

论文摘要

近年来,管道化输送设备逐渐向大型化发展,如果应用单台隔膜泵进行输送,会受到成本和技术方面的限制。因此,在许多工艺装置中都采用多台隔膜泵向同一条管道输送料浆的方式。由于固有的几何学上的周期变化,单缸单作用往复式隔膜泵瞬时流量交变的脉动流量和压力,而当两台或者多台隔膜泵同时向一个系统输送煤浆时,由于波动的叠加,会使流量波动和压力波动振幅增加,对整个管路及隔膜泵可能造成严重损坏,酿成重大事故。因此,当多台泵轴刚性连接时,应使其波动相位相互错开以减小波幅。本文采用电气同步控制方式实现了减小振幅的目的,在保证多台隔膜泵转速相同的前提下,分散各台泵之间的相角,从而抑制了大型隔膜泵组的脉动问题。本文首先介绍了隔膜泵的相关知识,包括隔膜泵的结构、工作原理、发展现状和其发展趋势等内容。然后对隔膜泵的流量脉动和压力脉动进行了分析,确定了隔膜泵流量峰值分散的最佳相角。其次,根据基于最小相关轴思想的相邻耦合偏差控制策略,确立了基于模糊PID补偿器的隔膜泵多电机同步控制的方法,并给出了模糊PID补偿器的设计方法。根据本文设计的多台隔膜泵同步控制方法,进行了仿真和实验,并设计了多台隔膜泵同步驱动运行的PLC控制系统,根据仿真的算法,设计了实际的控制系统,进行了试验验证。实验和仿真结果都证明,在无外部扰动和有外部扰动两种情况下,控制系统都能够以较快的速度收敛,并稳定运行,具有较好的动态性能和同步性能,实验表明基于模糊PID补偿器的相邻耦合偏差同步控制策略的在隔膜泵同步控制方面的有效性和实用性。最后,总结了所做的研究工作,并对多台隔膜泵同步控制系统中存在的其它问题进行了简单的分析,以及对未来研究方向进行了阐述。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 管道输送
• 1.1.1 管道输送的优点
• 1.1.2 矿浆管道输送
• 1.2 矿浆输送泵的类型及选择方法
• 1.2.1 矿浆输送泵的类型及其优缺点
• 1.2.2 浆体泵的选择方法
• 1.3 隔膜泵简介
• 1.3.1 隔膜泵的分类
• 1.3.2 隔膜泵的结构及工作原理
• 1.3.3 隔膜泵的发展现状和发展趋势
• 1.3.4 隔膜泵的核心技术
• 1.4 隔膜泵在煤浆长距离输送中应用前景
• 1.4.1 洁净煤技术发展前景广阔
• 1.4.2 煤制油国产化进程势在必行
• 1.4.3 煤化工行业发展势头强劲
• 1.5 隔膜泵脉动
• 1.6 控制技术的发展历程
• 1.7 课题研究的意义
• 1.8 研究的主要工作
• 第2章 隔膜泵的流量脉动分析及最佳相角的确定
• 2.1 隔膜泵的流量脉动分析
• 2.1.1 单台隔膜泵脉动分析
• 2.1.2 吸入及排出压力
• 2.1.3 隔膜泵组脉动峰值叠加分析
• 2.2 最佳相角峰值分散技术
• 2.2.1 最佳相角识别
• 2.2.1.1 图示解析法
• 2.2.1.2 软件程序计算最佳相角
• 2.3 相角差同步耦合技术
• 2.3.1 硬件耦合
• 2.3.2 软件耦合
• 2.4 小结
• 第3章 隔膜泵同步控制系统模型
• 3.1 单台隔膜泵调速系统模型
• 3.2 隔膜泵组系统调速模型
• 3.3 小结
• 第4章 经典控制理论在隔膜泵组同步控制中的应用
• 4.1 隔膜泵同步控制技术概述
• 4.1.1 隔膜泵控制系统
• 4.1.2 常用的同步控制技术
• 4.1.3 经典同步控制算法简介
• 4.2 基于模糊PID的同步补偿器设计
• 4.2.1 常规PID控制算法
• 4.2.2 模糊控制算法
• 4.2.3 模糊PID控制器
• 4.3 基于模糊PID补偿器的多隔膜泵同步控制设计
• 4.3.1 模糊PID补偿器参数的选取
• 4.3.2 隶属度函数的确定
• 4.3.3 PID参数模糊控制规则
• 4.3.4 模糊推理规则
• 4.3.5 模糊PID控制算法的计算机实现
• 4.3.6 模糊PID控制算法计算机程序流程图
• 4.3.7 仿真研究
• 4.4 小结
• 第5章 基于相邻耦合补偿的隔膜泵同步控制策略
• 5.1 最小相关轴思想
• 5.2 相邻耦合误差的定义
• 5.3 基于相邻耦合误差的隔膜泵同步控制策略
• 5.4 仿真研究
• 5.4.1 实验参数设置
• 5.4.2 实验结果
• 5.4.3 结论
• 5.5 小结
• 第6章 隔膜泵同步控制系统设计
• 6.1 控制系统设计的要求
• 6.2 控制系统硬件设计
• 6.2.1 调节时间的确定
• 6.2.2 隔膜泵位置传感器的选择
• 6.2.3 PLC的选择和配置
• 6.2.4 变频器的选择
• 6.3 控制系统工作过程
• 6.3.1 初始位置
• 6.3.2 位置调整
• 6.4 触摸屏界面
• 6.5 PLC程序的运行框图
• 6.6 实际运行
• 第7章 结论及展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 本人攻读硕士期间发表的论文
• 致谢