智能电气阀门定位器控制算法研究及实现

论文摘要

阀门定位器广泛应用于工业现场,其控制算法是决定控制品质的重要因素。国外已生产销售从机械式、电子式过渡到智能型和总线型的电气阀门定位器,其功能完善,具有零超调,低故障率,稳定性高等优点,占据了国内大部分市场。国产阀门定位器故障率较高,占有市场比重非常小。其主要问题在于控制算法稳定性不高。因此对智能电气阀门定位器控制算法的研究是非常必要的。本文介绍一种适用于智能电气阀门定位器的智能控制算法,它结合了模糊自适应PID控制和Smith预估控制方法。该方法可以在线调整控制参数,对不确定模型的系统有很好的控制效果。首先,对气动阀门定位器的工作特性和控制算法进行研究,确定了控制策略。采用Smith预估模糊自适应PID控制,根据阀门定位器特性建立了模糊控制规则。提高了阀门定位器的定位速度和精度。然后,在MATLAB/SIMULINK中建立了以气动执行器的执行机构为控制对象,Smith预估模糊自适应PID控制器为主要控制方法的系统仿真模型。最后,通过加入气压干扰、延时等因素,测试该控制算法的鲁棒性,稳定性,跟随性等性能。并对比了其他的控制算法。Smith预估模糊自适应PID控制具有明显的优势。Smith预估模糊自适应PID控制算法应用于智能电气阀门定位器具有简单,响应速度快,无超调,鲁棒性高,适用范围广及抗干扰能力强等优点,有着广泛的市场需求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 智能阀门定位器控制算法研究背景及意义
• 1.2 智能电气阀门定位器的发展
• 1.2.1 传统气动阀门定位器
• 1.2.2 普通智能型电气阀门定位器
• 1.2.3 基于HART协议的智能电气阀门定位器
• 1.3 论文研究内容及技术关键
• 1.3.1 研究工作
• 1.3.2 技术关键
• 1.4 本文的内容安排
• 第二章 智能型电气阀门定位器概述
• 2.1 阀门定位器概述
• 2.1.1 阀门定位器的工作原理
• 2.1.2 阀门定位器的分类
• 2.1.3 定位器的作用方式
• 2.1.4 定位器的输入信号种类
• 2.1.5 控制信号与阀门开度的关系
• 2.1.6 阀门定位器的作用
• 2.2 阀门定位器的总体结构
• 2.2.1 电气阀门定位器结构
• 2.2.2 电气阀门定位器组成部分的介绍
• 第三章 智能阀门定位器硬件系统设计
• 3.1 智能型电气阀门定位器的设计目的及要求
• 3.1.1 设计目的
• 3.1.2 硬件电路设计要求
• 3.1.3 本论文研究的智能阀门定位器所要达到的指标
• 3.2 低功耗设计
• 3.2.1 二线制仪表
• 3.2.2 系统的低功耗要求
• 3.2.3 低功耗解决设计及实现
• 3.3 智能电气阀门定位器硬件解决方案
• 第四章 智能电气阀门定位器控制算法研究
• 4.1 PID控制
• 4.2 自适应控制
• 4.3 模糊控制
• 4.3.1 模糊控制的特点
• 4.3.2 模糊控制的基本原理
• 4.4 Smith预估控制
• 4.5 复合控制
• 4.6 Smith预估模糊自适应PID控制器的设计
• 4.6.1 控制原理
• 4.6.2 Smith模糊PID控制器设计
• 4.7 智能阀门定位器控制算法设计
• 4.7.1 粗调段控制策略
• 4.7.2 细调段控制策略
• 4.7.3 微调段控制策略
• 4.7.4 死区段控制策略
• 第五章 阀门定位器控制算法仿真分析
• 5.1 执行机构的传递函数
• 5.2 系统的整体设计
• 5.2.1 模糊自适应fapid控制部分
• 5.2.2 PWM控制部分
• 5.2.3 Smith预估控制器部分
• 5.3 阀门定位器模型仿真
• 5.3.1 阶跃响应测试
• 5.3.2 鲁棒性测试
• 5.3.3 系统跟随性
• 5.3.4 PWM仿真
• 5.3.5 抗干扰性测试
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在校科研工作