基于等温容器的超大流量恒压供气系统的研究

论文摘要

恒压供气系统以其成本低廉、安全可靠、无污染、结构简单易维护等优势广泛应用于气动伺服压力、位置控制系统中,为系统中的气动设备或气动元件提供正常工作所需的恒定压力源。恒压供气系统的控制精度主要由系统中所用到的关键元件超大流量减压阀以及所采取的控制算法共同决定,对其的研究也主要围绕这两方面展开。本文首先对恒压供气系统及相关技术的研究现状进行了阐述,在此基础上分析了超大流量减压阀的结构原理,提出了恒压供气系统的结构设计方案,然后对减压阀和所设计的恒压供气系统进行了数学建模和仿真分析。最后,为验证设计方案的可靠性,搭建了相应的恒压供气系统试验平台,并采用PID控制方法对系统进行控制以研究其恒压供气效果。本文章节内容安排如下：第一章简要介绍了气动技术的发展和恒压供气系统及相关技术的研究与发展现状,并在此基础上提出了课题的研究意义、研究内容和预期研究目标。第二章首先分析了恒压供气系统的组成和工作原理,重点分析了系统中的核心控制元件—减压阀的物理结构和工作原理,建立了减压阀数学模型,在此基础上对整个超大流量恒压供气系统的进行了仿真分析。第三章搭建了恒压供气系统的试验平台,对所用到的硬件进行了简单介绍。详细描述了系统软件编写过程中的关键技术和恒压控制策略及实时参数采集。第四章基于所建立的平台对系统的恒压控制效果进行了试验研究,并对开环控制和闭环控制的试验结果进行了对比分析,最后通过整定获得了适应于该系统的最佳PID控制参数。第五章对全文的主要研究工作进行了总结,并展望了今后需进一步研究的工作和方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 气动技术的发展及其趋势
• 1.1.2 恒压供气系统概述
• 1.1.2.1 恒压供气系统简介
• 1.1.2.2 恒压供气系统的分类
• 1.2 相关技术的研究现状
• 1.2.1 恒压供气系统研究现状
• 1.2.2 气动减压阀研究现状
• 1.2.2.1 气动减压阀简介
• 1.2.2.2 气动减压阀的分类及工作原理
• 1.2.2.3 气动减压阀的特性
• 1.2.2.4 气动减压阀的选用和注意事项
• 1.2.3 等温容器的研究现状
• 1.2.3.1 等温容器的提出及其工作原理
• 1.2.3.2 等温容器的性能特点及其应用
• 1.2.4 控制方法概述
• 1.3 课题的研究意义及研究内容
• 1.3.1 课题的研究意义
• 1.3.2 课题的研究内容
• 1.3.3 课题的预期目标
• 1.4 本章小结
• 2 超大流量恒压供气系统的建模和仿真分析
• 2.1 供气系统的组成和实现方案
• 2.2 减压阀的模型建立
• 2.2.1 模型建立的假设条件
• 2.2.2 减压阀的工作原理分析
• 2.2.3 质量流量连续性方程
• 2.2.4 各腔体内压力变化的微分方程
• 2.2.5 阀门组件的力平衡方程
• 2.3 仿真模型建立
• 2.3.1 仿真环境简介
• 2.3.2 供气系统仿真总框图
• 2.3.3 系统子模块程序说明
• 2.3.3.1 质量流量方程子模块
• 2.3.3.2 压力微分方程子模块
• 2.3.3.3 阀门组件力平衡方程子模块
• 2.3.3.4 先导阀仿真子模块
• 2.3.3.5 PID控制器子模块
• 2.4 仿真结果分析
• 2.4.1 开环仿真分析
• 2.4.2 闭环仿真分析
• 2.5 本章小结
• 3 超大流量恒压供气系统搭建
• 3.1 控制系统的总体设计
• 3.2 硬件系统设计
• 3.2.1 硬件系统的基本组成及其关系
• 3.2.2 关键技术单元介绍
• 3.2.2.1 气动系统设计
• 3.2.2.2 系统关键单元选型
• 3.2.3 系统实物图
• 3.3 系统软件设计
• 3.3.1 需求分析
• 3.3.2 软件开发环境的选择
• 3.3.3 软件方案设计
• 3.3.4 软件实现介绍
• 3.3.4.1 界面设计及功能分析
• 3.3.4.2 数据采集
• 3.3.4.3 数据处理
• 3.3.4.4 数据管理
• 3.3.4.5 软件保护
• 3.4 控制策略分析
• 3.4.1 PID控制原理
• 3.4.2 PID技术改进
• 3.5 本章小结
• 4 超大流量恒压供气系统试验研究
• 4.1 开环阶跃响应特性
• 4.2 闭环阶跃响应特性
• 4.2.1 纯比例控制
• 4.2.2 比例积分控制
• 4.3 试验结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者简历