热震参数测试系统的研究

论文摘要

控制系统在设计和实现中普遍存在着不确定性。当被控对象参数变化范围很大时,一般的反馈控制、最优控制和校正控制往往无法圆满解决问题,由此产生了自适应控制。自校正控制系统是迄今为止发展得比较成熟的一种自适应控制,以其在线调节控制器参数、维持系统最优或次最优的特点,而广泛应用于各类带有滞后环节的复杂过程控制。本文所设计的热震参数测试系统是用于测试热障涂层抗热震性能的新设备。在对同类设备进行了解之后,借鉴了它们的优点,改进以往的不足之处,对设备的实验方式、温度控制系统、实验结果的处理等方面进行了创新设计。其中,温度控制系统是典型的带有滞后环节的系统,一般的控制方法难以得到满意的效果,因此采用目前已经比较成熟的自校正控制方法。它把模型参数的在线辨识与控制器的在线设计有机结合在一起,参数估计器采用带遗忘因子的递推最小二乘算法,控制器采用一种广义间接自校正PID控制算法,利用此控制系统改善了以往实验数据不准确的状况,提升了热震实验的水平。在实现方法上,则突破常规思路,采用PLC和MATLAB相结合的编程技术,充分发挥二者的优势,大大降低了系统的制作成本。此外,还对测试系统的硬件和人机交互界面进行了全新设计。借助该设备,不但提高了实验数据的准确度,还减少了人工操作的环节,提高了实验效率,并且为实验人员提供了报表、曲线和图象等多种形式的实验结果,对实验的后续研究起到了至关重要的作用。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪 论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 国内外发展概况
• 1.2.1 热震理论简介
• 1.2.2 发展现状和趋势
• 1.2.3 本文设计的热震参数测试系统的优点
• 1.3 论文的主要内容
• 第2章 系统硬件设计
• 2.1 硬件系统总体设计
• 2.2 温度检测系统的设计
• 2.2.1 测温方式及传感器选型
• 2.2.2 温度传感器设计
• 2.3 直流伺服系统的设计
• 2.3.1 直流伺服电机及其驱动
• 2.3.2 位移传感器
• 2.4 可编程控制器选型
• 2.4.1 CPU 单元
• 2.4.2 输入输出接口电路
• 2.4.3 编程工具
• 2.4.4 通讯
• 2.5 图像采集装置
• 2.6 本章小结
• 第3章 温度控制系统的算法设计
• 3.1 自校正控制简介
• 3.1.1 自适应控制简介
• 3.1.2 自校正控制系统
• 3.2 系统模型的建立
• 3.2.1 阶跃响应法建模
• 3.2.2 建立系统差分方程
• 3.3 参数估计器的设计
• 3.3.1 递推最小二乘辨识
• 3.3.2 温度控制系统的最小二乘法辨识
• 3.3.3 改进的递推最小二乘法
• 3.3.4 最小二乘法仿真分析
• 3.4 广义间接自校正控制 PID 控制器设计
• 3.4.1 广义间接自校正PID 控制算法
• 3.4.2 温度控制系统广义间接自校正 PID 控制算法的实现
• 3.4.3 温度控制系统的广义间接自校正PID 控制器仿真分析
• 3.4.4 间接自校正 PID 控制器的抗干扰性能分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 系统的软件设计及实现
• 4.1 广义间接自校正 PID 算法的实现
• 4.1.1 MATLAB 软件简介
• 4.1.2 MATLAB 与组态王的DDE 通讯
• 4.1.3 组态王与 MATLAB 的通信设计
• 4.1.4 算法实现
• 4.2 可编程控制器 PLC 程序设计
• 4.3 人机交互界面设计
• 4.3.1 组态王功能简介
• 4.3.2 界面设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统现场测试结果与分析
• 5.1 实验设计
• 5.1.1 实验一:采用传统实验设备的实验过程及其结果
• 5.1.2 实验二:采用热震参数测试系统实验的过程及其结果
• 5.2 实验结果比较分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢