离心机控制系统研究与设计

论文摘要

本文根据离心机控制系统的实际需要,进行了离心机驱动电机及电路选取设计、模糊PID控制器设计、控制系统仿真研究、人机界面设计四个方面的内容。离心机的高速旋转通过电机及其驱动电路来完成。作为控制系统的动力源,驱动电机型号的选取,PWM功率放大器的搭建将在本文的开始进行介绍。PID控制因为具有操作简单、稳定性好、可靠性高等优点,而成为当今工业控制领域最通用的方式。但随着工业的发展,对象的复杂程度不断加深。尤其是那些大滞后、时变的、非线性的复杂系统,其中有的参数未知或缓慢变化;有的带有延时或随机干扰;有的无法获得较精确的数学模型或模型非常粗糙。常规PID控制的缺陷逐渐暴露出来。通过将模糊控制和PID控制两者结合,使控制系统不但具有模糊控制鲁棒性强的优点,又具有PID控制精度高的特点。在本文的控制器设计部分,将介绍模糊PID控制器设计方法。Simulink是MATLAB最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口,仿真模型的创建只需单击和拖动鼠标就可以完成,用户可以立即看到系统的仿真结果。在本文控制系统仿真研究部分,将介绍在Simulink下进行建模,并仿真分析使用普通数字PID的控制系统和使用模糊PID的控制系统在控制效果上的区别。人机交互界面是离心机控制系统的重要组成部分。其中包括电机的启动、停止,转速的增加减少等操作按钮;还有转速曲线,加速度曲线等监控图表;以及报警灯等装置。LABVIEW是一种图形化的编程语言,使用这种语言编程时,基本不写程序代码,取而代之的是流程图。在本文人机界面设计部分,将介绍使用LABVIEW进行前后面板设计,以及信号采集系统的建立。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 相关技术综述
• 1.2.1 模糊控制技术
• 1.2.2 PID 参数自整定
• 1.2.3 无刷电机及其驱动
• 1.3 离心机控制系统概述
• 1.4 论文主要研究内容
• 1.5 论文结构与章节安排
• 第二章 电控系统设计及系统模型建立
• 2.1 PWM 脉宽调节控制电路设计
• 2.1.1 TL494 脉冲调宽调压原理
• 2.1.2 TL494 脉宽调制电路设计
• 2.2 IGBT 电路的选择与保护
• 2.2.1 IGBT 电路概述
• 2.2.2 IGBT 电路的特性
• 2.2.3 IGBT 电路的保护
• 2.3 角位置传感器
• 2.4 数据采集卡
• 2.5 其他元器件选择
• 2.6 电机的选择及参数计算
• 2.6.1 电机参数的选择
• 2.6.2 电机及其特性参数的计算
• 2.7 控制对象及系统模型的建立
• 2.7.1 系统建模方法概述
• 2.7.2 离心机数学模型建立
• 2.8 本章小结
• 第三章 PID 控制和模糊控制理论
• 3.1 PID 控制技术
• 3.1.1 PID 控制技术概述
• 3.1.2 数字 PID 控制
• 3.2 模糊控制技术
• 3.2.1 模糊控制基本原理
• 3.3 模糊 PID 控制技术
• 3.4 本章小结
• 第四章 模糊 PID 控制器的设计及仿真
• 4.1 模糊 PID 自整定控制器设计
• 4.1.1 模糊 PID 控制器参数整定模型
• 4.1.2 模糊变量的基本论域和模糊论域确定
• 4.1.3 模糊变量的隶属度函数确定
• 4.1.4 模糊 PID 控制器规则设计
• 4.2 模糊 PID 系统仿真
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于 LABVIEW 的数据采集系统
• 5.1 LABVIEW 概述
• 5.2 数据采集系统的总体功能与结构
• 5.2.1 系统的程序流程
• 5.2.2 系统的主控制面板
• 5.3 数据采集
• 5.3.1 数据采集方式
• 5.3.2 数据采集程序
• 5.4 各功能模块的设计
• 5.4.1 滤波
• 5.4.2 数据保存
• 5.4.3 数据回放
• 5.4.4 生成测试报告
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文