低浓度瓦斯发电安全输气系统的智能控制研究

论文摘要

在能源资源日益紧缺的现代社会,低浓度瓦斯作为一种新型的优质能源备受世界关注。越来越多的专家呼吁,应该将低浓度瓦斯综合利用以达到将其变害为利的目的。目前对低浓度瓦斯最主要的利用方式是将其作为燃料来发电,但是低浓度发电最大的难点是如何确保低浓度瓦斯的安全输送。本课题致力于低浓度瓦斯发电系统安全输气过程的智能控制的研究,对低浓度瓦斯输送过程采用最直接、最节能但最难控制的配气法,将煤矿抽采瓦斯与空气进行充分混合配比,最终配成浓度低于5%的爆炸下限的安全瓦斯气体,再将其输送到后续发电机组用作燃料发电。针对安全输气系统中多变量、强耦合、大延迟的特性,将模糊控制的思想巧妙的应用到解耦控制过程中,提出了一种更适合瓦斯安全输气系统的模糊解耦控制策略,它将实际生产中工作人员所积累的丰富的操作经验,与模糊解耦、模糊控制、专家控制等先进技术相结合,能更好的适应被控对象极其复杂的系统,达到优秀的控制品质。本控制系统采用嵌入式ARM处理器S3C2410作为主控芯片,设计了整个控制系统的硬件总体结构,软件的设计是基于嵌入式WinCE操作系统和EVC应用软件来实现的,并结合了先进的传感器技术,可以实时的对控制系统进行监控,还设计了良好的人机交互界面,方便现场工作人员对系统工作状态的掌控。最后通过MATLAB软件中的SIMULINK模块对控制系统进行仿真得到输出曲线,通过对输出曲线分析,超调小,调节时间短,能够达到良好的控制效果。仿真结果验证了智能模糊解耦控制策略在输气系统中的可行性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 低浓度瓦斯发电输气控制系统国内外研究现状
• 1.3 本课题的主要内容及关键技术
• 1.3.1 研究的主要内容
• 1.3.2 低浓度瓦斯发电智能控制系统的关键技术
• 1.4 全文各章节内容安排
• 2 低浓度瓦斯发电安全输气系统总体方案设计
• 2.1 安全输气系统总体结构设计
• 2.1.1 输气系统的结构和输配气流程
• 2.2 系统控制方案设计
• 2.3 输气系统控制策略的研究
• 2.4 本章小结
• 3 模糊解耦控制器的设计及其在安全输气系统中的应用
• 3.1 解耦控制理论
• 3.1.1 耦合的概念
• 3.1.2 解耦的概念及分类
• 3.2 模糊解耦控制器的设计
• 3.2.1 模糊控制概念
• 3.2.2 模糊控制器的组成
• 3.2.3 模糊解耦理论
• 3.3 安全输气系统的模糊解耦控制
• 3.3.1 智能解耦控制算法总体设计
• 3.3.2 模糊解耦控制器的设计
• 3.3.3 前置控制器的设计
• 3.4 本章小结
• 4 基于ARM的低浓度瓦斯发电安全输气控制系统的硬件实现
• 4.1 控制系统的总体硬件结构设计
• 4.2 控制核心的选择
• 4.2.1 嵌入式系统的选择
• 4.2.2 Windows CE操作系统的选择
• 4.3 硬件设备各功能器件的选型
• 4.3.1 压力传感器的原理与选型
• 4.3.2 红外甲烷传感器的原理与选型
• 4.3.3 阀门的选择
• 4.4 控制器接口电路设计
• 4.4.1 SDRAM接口电路设计
• 4.4.2 晶振电路和复位电路设计
• 4.4.3 LCD和触摸屏接口电路设计
• 4.4.4 JTAG电路设计
• 4.4.5 Flash存储器接口电路设计
• 4.4.6 电源电路设计
• 4.5 通信电路设计
• 4.5.1 UART接口电路设计
• 4.5.2 USB接口电路设计
• 4.5.3 RS-485接口电路设计
• 4.5.4 以太网接口电路设计
• 4.5.5 键盘电路的设计
• 4.5.6 采样电路的设计
• 4.6 本章小结
• 5 WinCE操作系统移植及控制系统软件设计
• 5.1 WINCE操作系统的移植
• 5.1.1 BSP的原理及结构
• 5.1.2 Boot Loader及移植
• 5.1.3 WinCE内核的定制及移植
• 5.2 控制系统软件的设计
• 5.2.1 EVC应用软件的介绍
• 5.2.2 控制系统软件设计构想
• 5.2.3 控制系统软件设计流程图
• 5.3 本章小结
• 6 控制系统实验及仿真结果分析
• 6.1 实验环境介绍
• 6.2 控制系统仿真实现
• 6.2.1 在Simulink中建立模糊控制器模型
• 6.2.2 在Simulink中建立系统整体模型
• 6.3 仿真结果的分析
• 7 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间发表论文情况