水轮机筒阀电液比例同步系统控制策略及其应用研究

论文摘要

水轮机筒阀作为一种新型进水阀,随着水电资源的大规模开发,得到越来越广泛的应用。本文针对水轮机筒阀启闭系统存在的问题,在天津市天发重型水电设备制造有限公司合作下,以实现水轮机筒阀启、闭系统的自动化控制为目的,重点对水轮机筒阀电液比例同步控制系统的软硬件设计、电液系统建模仿真、多液压缸（接力器）速度和位置同步控制策略进行研究。通过在云南红河南沙水电站实际应用,验证了该系统的各项功能和性能指标。论文主要研究内容和成果如下:（1）在分析水轮机筒阀控制特点和现有控制方式的基础上,对水轮机筒阀电液比例同步控制系统进行了研究。提出机械、液压、电气相结合的同步控制方式。重点对该系统中用于水轮机筒阀启闭速度控制、多液压缸同步控制的模块,如控制阀组、液压同步马达组成的分流模块和配油模块、PLC电气监控系统等进行设计,并研究不同工况下控制系统的工作原理。（2）对液压系统的主要阀件进行了数学建模分析,建立了水轮机筒阀电液比例同步控制系统非线性数学模型。基于筒阀在启闭过程中对同步精度和速度控制要求高的特点,提出双闭环（同步闭环和速度闭环）控制方式。以MATLAB为工具,对电液比例同步系统进行仿真研究,并分析了不同情况下系统的响应特性。（3）根据水轮机筒阀电液比例同步控制系统对速度和同步控制性能的要求,提出一种双闭环模糊自适应PID和CMAC-PID复合控制算法。该算法中,外环采用模糊自适应PID控制策略,对电液比例系统的速度进行实时控制;内环采用CMAC-PID控制策略,实现多液压缸同步控制。仿真研究表明,该复合控制算法明显改善控制效果。（4）经云南红河南沙水电站的实际应用,验证了水轮机筒阀电液比例同步控制系统的各项功能及性能指标。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 水轮机筒阀国内外研究现状
• 1.2.1 水轮机筒阀国外现状
• 1.2.2 水轮机筒阀国内现状
• 1.3 水轮机筒阀控制系统和智能控制的发展现状
• 1.3.1 筒阀同步控制系统的发展现状
• 1.3.2 智能决策控制技术的发展与应用
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 水轮机筒阀电液比例同步系统总体方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 筒阀电液比例同步系统技术要求
• 2.3 系统总体方案设计
• 2.4 液压控制系统
• 2.4.1 液压控制系统的组成
• 2.4.2 液压控制系统的工作原理
• 2.5 电气监控系统
• 2.5.1 PLC控制系统的组成及工作原理
• 2.5.2 现场监控系统的组成及工作原理
• 2.6 筒阀电液比例同步系统的操作方式
• 2.7 本章小结
• 第三章 水轮机筒阀电液比例同步系统数学建模与仿真
• 3.1 引言
• 3.2 电液比例同步控制系统数学建模
• 3.2.1 电液比例换向阀环节
• 3.2.2 液压同步马达环节
• 3.2.3 比例节流阀环节
• 3.2.4 非对称阀控非对称缸环节
• 3.2.5 整体控制系统数学建模
• 3.3 电液比例同步控制系统参数确定
• 3.4 电液比例同步控制系统性能仿真分析
• 3.4.1 系统仿真模型构造
• 3.4.2 系统仿真性能分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 水轮机筒阀电液比例同步系统控制策略研究
• 4.1 引言
• 4.2 筒阀电液比例同步系统模糊自适应PID控制研究
• 4.2.1 模糊控制理论
• 4.2.2 模糊自适应PID控制策略的电液比例速度控制研究
• 4.2.3 电液比例速度控制系统仿真研究
• 4.3 筒阀电液比例同步系统CMAC-PID控制研究
• 4.3.1 CMAC基本原理
• 4.3.2 基于CMAC-PID控制策略的电液比例同步控制研究
• 4.3.3 电液比例同步控制仿真研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 水轮机筒阀电液比例同步系统试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 筒阀电液比例同步系统的硬件组成
• 5.3 筒阀电液比例同步系统的控制软件设计
• 5.4 筒阀电液比例同步系统的试验研究
• 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
• 论文作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目和完成的学术论文
• 致谢