计算机控制空气滤清器试验系统的研究

论文摘要

通过对国内空气滤清器生产企业实际现状的分析,得出国内空气滤清器质量无法保证的原因之一是检测手段和测试系统的落后。本课题旨在研制开发一套操作简单、检测周期短、测试精度高、投资小的空气滤清器性能检测系统。本文将计算机仿真技术应用于计算机控制空气滤清器试验系统中,通过数学模型的建立、控制器的设计以及可视化研究,对整个测控系统进行了仿真研究。首先,对系统进行了总体方案设计,包括系统的控制任务和实现方法、硬件方案的确定、系统的工作原理、主要设备的选型以及系统总体结构的模块化设计。其次,针对上述试验方案,对气体流量控制进行了数学建模。利用Matlab的仿真模块Simulink,设计了PID控制、模糊控制和Fuzzy_PID控制仿真模型,进行了数字仿真,得到了理想的控制效果。再次,作为整个系统的测控平台,组态王软件可以实现所需数据的输入输出,将复杂的数学运算交由Matlab完成,运算结果返回到组态王软件中,充分利用组态王软件丰富的图形功能,将数字仿真的过程及其结果通过动画形象地表现出来,从而实现了仿真的可视化。最后,利用Matlab仿真软件与工控组态王软件都支持的DDE技术,实现了两者之间的实时通信。本文创新之处在于:将组态软件和数学工具Matlab综合应用,充分利用各自的优势,找到了实现可视化仿真的新的解决方案;将传统PID控制与模糊控制相结合,引入一种新的分段复合控制方法,并将其应用于所设计的空滤器试验系统中。通过本课题的研究工作,实现了以计算机数据采集与控制为核心的空气滤清器性能检测系统。本检测系统的建成为国内空气滤清器生产商提供了一套保证其产品质量的有利工具,对今后空气滤清器性能检测系统的设计和制造具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出与研究动机
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 系统仿真
• 1.2.2 计算机仿真
• 1.2.3 组态技术
• 1.2.4 Matlab 软件介绍
• 1.2.5 基于组态技术与Matlab 的计算机自动测试技术
• 1.3 本课题研究的目的、意义及主要内容
• 1.3.1 研究的目的及其意义
• 1.3.2 本课题研究的主要内容
• 第2章 计算机控制空气滤清器试验系统的方案设计
• 2.1 总体方案分析
• 2.1.1 基本需求分析
• 2.1.2 系统目标功能
• 2.1.3 硬件方案分析
• 2.2 试验系统的任务和方法
• 2.2.1 控制任务
• 2.2.2 控制方法
• 2.3 系统工作原理及主要设备选型
• 2.3.1 传统空气滤清器试验台
• 2.3.2 计算机控制空气滤清器试验系统
• 2.3.3 主要设备选型及其工作原理
• 2.4 软件系统结构设计
• 2.4.1 供气系统
• 2.4.2 数据采集和控制系统
• 2.4.3 数据处理系统
• 2.5 本章小结
• 第3章 空滤器试验系统的分析与建模
• 3.1 电动调节阀数学模型
• 3.1.1 调节阀结构特性
• 3.1.2 调节阀流量特性
• 3.1.3 电动调节阀数学模型
• 3.2 流量检测装置数学模型
• 3.2.1 节流式流量计
• 3.2.2 电容式差压变送器
• 3.2.3 变压器电桥
• 3.2.4 有效值AC/DC 转换器
• 3.2.5 开方器
• 3.3 本章小结
• 第4章 控制策略的研究
• 4.1 PID 控制原理及算法
• 4.1.1 PID 控制原理
• 4.1.2 数字PID 控制
• 4.2 模糊控制
• 4.2.1 模糊控制的基本原理
• 4.2.2 模糊控制器的设计
• 4.2.3 控制规则的设计
• 4.2.4 模糊变量的模糊化和非模糊化方法
• 4.2.5 模糊变量的赋值表
• 4.2.6 建立模糊控制表
• 4.2.7 论域、量化因子、比例因子的选择
• 4.3 模糊PID 分段复合控制
• 4.4 控制算法仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 测控系统的设计
• 5.1 概述
• 5.1.1 组态软件
• 5.1.2 组态王软件
• 5.2 系统组态与界面设计
• 5.3 本章小结
• 第6章 组态王与Matlab 的DDE 通讯
• 6.1 DDE 简介
• 6.2 组态王与Matlab 的DDE 通讯
• 6.2.1 Matlab 与Excel 的DDE 通讯
• 6.2.2 组态王与Excel 的 DDE 通讯
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 创新点
• 7.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文