基于模糊PID的恒压供水控制系统设计

论文摘要

随着经济社会的高速发展,能源的需求越来越大,人们对供水系统可靠性的要求也不断提高,采用先进的自动化控制技术来设计高节能、高可靠性的恒压供水系统成为必然趋势。由于供水系统具有严重的非线性和时变性,无法用线性化方法近似,传统PID控制器的参数很难调整、适应性差。针对此问题,本文研究了供水的恒压控制,分析了恒压供水出水压力变化的特点及控制难点。在参阅大量的中外文献并结合实际控制要求的基础上,对基于模糊控制的恒压供水控制系统进行了理论研究和工程设计,提出了模糊控制的方法,对模糊控制进行了实验研究,取得了理想的控制效果。恒压供水系统的工作,水泵由初始状态向管网供水,一般分为压力上升过程和恒压过程。压力上升过程可近似为一个大时间常数为T1的一阶惯性环节；恒压过程,压力可认为基本保持不变,是一个纯滞后过程。变频器和电机可近似等效为带死区时间T的一阶惯性环节。系统中的其它控制和检测环节,如继电器控制等可以等效为放大环节。这样系统就可以等效为两个一阶惯性环节和纯滞后环节组成的系统。控制系统是以管网水压为设定参数,根据用水量的多少由单片机控制投入运行的水泵数量及电机的转速,实现管网水压的闭环调节,即恒压供水。本文主要工作包括：1.研究了恒压供水系统的系统构成及工作原理,并对各环节总结近似的数学模型。2.根据系统的工作原理和数学模型,设计模糊控制器,并利用MATLAB的Simulink仿真,验证系统的设计。3.根据仿真结论,设计控制系统,给出了系统框图、控制原理图。研究了控制系统的总体硬件结构,确立了各部分硬件模块的功能,给出了一些典型电路设计和电动机的控制及电路原理图。4.详细研究了PID控制算法以及程序总体设计思路,设计了主程序模块、PID模块、检测模块、水泵控制等模块。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 供水控制系统的发展现状
• 1.2 恒压供水控制系统国内外研究现状
• 1.3 模糊控制在恒压供水控制系统中的应用
• 1.4 模糊恒压供水控制系统的研究意义
• 1.5 论文的主要研究内容
• 1.6 本文的主要工作
• 1.7 本章小结
• 第二章 系统的模糊控制及其算法
• 2.1 模糊控制理论的产生及发展
• 2.2 模糊控制的特点
• 2.3 模糊控制器的结构
• 2.3.1 模糊控制规则
• 2.3.2 模糊化接口
• 2.3.3 隶属度函数的确立
• 2.3.4 去模糊化
• 2.4 恒压供水控制系统模糊控制器设计
• 2.5 量化因子及比例因子的选择
• 2.6 本章小结
• 第三章 恒压供水控制系统理论分析与仿真
• 3.1 恒压供水的原理
• 3.1.1 恒压供水系统的特点
• 3.1.2 供水系统的主要参数
• 3.2 变频恒压供水系统的数学模型
• 3.3 系统的SIMULINK软件仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 系统的硬件电路设计
• 4.1 系统的工作流程
• 4.2 结构概述
• 4.3 各部分硬件电路的结构设计及其功能概述
• 4.3.1 电源电路、稳压电路及复位电路
• 4.3.2 4～20mA电流转换到0～3.3V电压的电路
• 4.3.3 信号输入电路
• 4.3.4 键盘电路
• 4.3.5 LCD模块
• 4.3.6 信号输出电路
• 4.4 控制结构图
• 4.4.1 变频恒压供水系统的控制流程
• 4.4.2 控制系统
• 4.5 硬件电路抗干扰设计
• 4.6 本章总结
• 第五章 系统的软件设计
• 5.1 集成开发环境ADS
• 5.2 软件设计
• 5.2.1 LPC2138的初始化设计
• 5.2.2 液晶显示程序设计
• 5.2.3 故障检测子程序
• 5.2.4 按键设置程序设计
• 5.2.5 串口通讯程序设计
• 5.2.6 模糊控制程序算法
• 5.3 本章总结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表