模糊控制在清蜡车控制系统中的应用

论文摘要

清蜡车是石油行业中用来洗井、蒸汽清蜡等功能的一个车载系统。该产品主要由进水装置、加热装置和发电机组组成,工作时能够输出用户设定的某一温度的水蒸汽。其主要用来清除油管内、外壁和套管内壁的结蜡,清除地面管线结蜡和疏通地面管线,此外还具备热洗功能。目前,国外油田清蜡车自动化系统较高,国内各大油田所使用的清蜡车多为手动操作,即使少数系统具有自动控制功能,但控制效果不佳。 清蜡车系统是一个复杂的系统,具有非线性、时滞性和耦合性特点,被控对象机理复杂,难以建立精确的数学模型对被控对象进行控制,经分析研究,采用模糊控制理论可对其进行有效控制。为此本文对模糊控制技术原理进行了分析,结合实际对模糊控制器进行了深入研究,并自主开发设计出了一套独特的清蜡车控制系统。该系统采用模糊控制与PID相结合的控制方式,由平板电脑和PLC作为系统的主控设备。一方面平板电脑处理数据速度快,可及时处理现场大数据量,另一方面PLC抗干扰能力强,能够有效的抑制现场的干扰。通过现场试验,水蒸汽温度控制范围为100-280℃,控制精度达±1℃,控制效果优于同类产品。

论文目录

• 1 绪论
• 1.1 设计背景及现状
• 1.2 研究状况
• 1.2.1 清蜡车系统的研究现状
• 1.2.2 模糊控制技术的研究、应用现状
• 1.3 本文研究的主要技术参数、主要内容、方法及思路
• 1.3.1 主要技术参数
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.3.3 研究方法
• 1.3.4 研究思路
• 2 清蜡车系统介绍
• 2.1 清蜡车系统结构
• 2.2 系统工作原理
• 2.3 系统主要控制对象
• 2.4 加热器介绍
• 2.5 系统控制要求
• 3 系统控制算法研究
• 3.1 引言
• 3.2 PID控制算法
• 3.2.1 PID控制原理
• 3.2.2 数字PID控制算法
• 3.2.3 对PID控制的分析
• 3.3 模糊控制原理
• 3.3.1 模糊控制器
• 3.3.2 模糊控制系统原理框图
• 3.4 PID参数自整定模糊控制器的原理
• 3.5 PID参数自整定模糊控制器的设计
• 3.5.1 概述
• 3.5.2 模糊控制器的结构设计
• 3.5.3 模糊控制器的规则设计
• 3.5.4 精确量的模糊化方法
• 3.5.5 模糊推理及其模糊量的非模糊化方法
• 3.5.6 模糊控制查询表
• 3.5.7 论域、量化因子、比例因子
• 4 系统设计
• 4.1 硬件设计
• 4.1.1 系统控制框图
• 4.1.2 系统主要功能
• 4.1.3 系统硬件配置
• 4.1.4 数字量输入和输出电路
• 4.1.5 模拟量输入和输出电路
• 4.2 软件设计
• 4.2.1 软件设计原则
• 4.2.2 软件实现的功能
• 4.2.3 自由口通讯
• 4.2.4 PLC程序工作流程
• 4.2.5 上位机控制算法设计
• 5 PID参数自整定模糊控制器的仿真比较
• 5.1 仿真工具介绍
• 5.2 Simulink构造的系统仿真模型
• 5.3 控制系统的仿真比较
• 6 结论
• 6.1 本篇论文完成的主要工作
• 6.2 需要进一步完善的工作
• 7 致谢
• 8 参考文献