基于PC-Based的液位监控系统的研究

论文摘要

本文介绍了一种基于PC-Based的水箱智能控制系统,用以提高化工生产中水罐液位的控制速度。本文以液位控制系统为研究对象。常规PID控制器以其算法简单,鲁棒性好等特点被广泛应用于工业过程控制中,但是存在一定缺限,它不能根据被控对象参数的变化作出动态调整。而在液位控制系统中,常常存在大滞后、时变、非线性的环节,针对这样的系统,传统的PID控制不能满足控制要求,所以将不需要精确数学模型的模糊控制技术与传统PID控制技术相结合,利用各自的优点,对水箱液位进行控制,具有一定的实用价值。本论文对PID控制器、模糊控制器和自学习模糊控制器的原理、特点、构成[1],进行了一定的研究,总结其利弊,设计出混合型智能控制方式,通过实验验证其有效性,并实验结果进行分析和总结。该控制系统主要利用Beckhoff总线端子系统,完成下位机与上位机的数据传输;采用了自学习模糊控制和PI控制相结合的智能控制算法,利用C++语言完成控制算法程序,采集下位机的实时数据在上位显示器中实现在线监控,并实时修改模糊控制规则和与PI控制算法切换,实现对水箱的液位控制。在控制程序的编写过程中,利用TwinCAT工控软件与VC++开发工具进行连接,进行混合编程研究,设计出接口程序、混合智能控制算法程序和监控界面系统程序。最后,对PID控制器,模糊控制器,混合型智能控制器分别对水箱液位的控制效果进行比较。实验结果表明,混合型智能控制算法具有较好的快速性和一定的稳态性能。证明本设计控制效果较好,证明了该算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.1.1 智能控制现状与前景
• 1.1.2 PC-Basic 控制技术及应用
• 1.2 选题的目的和意义
• 1.3 论文的研究内容
• 第二章 微机过程控制系统的组成
• 2.1 微机过程控制系统简介
• 2.1.1 系统组成
• 2.1.2 控制对象
• 2.1.3 压力变送器的设计
• 2.1.4 电磁阀的设计
• 2.1.5 水泵的设计
• 2.2 BECKHOFF 控制平台
• 2.2.1 Beckhoff 总线端子系统
• 2.2.2 上位机与总线端子的通讯连接
• 2.2.3 TwinCat PLC Control 软件
• 本章小结
• 第三章 PID 控制与模糊控制的理论基础
• 3.1 PID 控制算法分析
• 3.1.1 PID 控制器的应用与发展
• 3.1.2 模拟PID 调节器
• 3.1.3 数字PID 控制算法
• 3.1.4 PID 控制器的特点
• 3.2 模糊控制算法分析
• 3.2.1 模糊控制的产生及发展
• 3.2.2 模糊控制的工作原理
• 3.2.3 模糊控制规则的设计
• 3.2.4 模糊控制器的基本结构
• 本章小结
• 第四章 混合型智能控制器的设计
• 4.1 自学习模糊控制算法分析
• 4.1.1 自学习模糊控制器的基本结构
• 4.1.2 论域、量化因子、比例因子的选择
• 4.1.3 隶属函数的建立
• 4.1.4 经验规则库的设计
• 4.1.5 模糊关系的确立
• 4.1.6 控制量的确定
• 4.1.7 自学习算法设计
• 4.2 混合型智能控制算法的设计
• 4.2.1 混合型智能控制器的特点
• 4.2.2 混合型智能控制器的基本结构
• 4.2.3 混合型智能控制器的基本理论
• 本章小结
• 第五章 双容水箱控制系统的监控实现
• 5.1 上位机控制软件编程语言选择
• 5.2 TWINCAT 工程软件与VC++语言混合编程
• 5.2.1 TwinCat 软件数据采集程序编程
• 5.2.2 TwinCat 与VC++语言之间的数据通信
• 5.3 混合型智能控制算法程序的软件编程
• 5.4 监控界面编程设计及实验结果
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢