基于模糊控制技术的智能灌浆控制系统研制

论文摘要

随着现代灌浆施工要求的不断提高,对高性能灌浆自动控制系统提出了日益迫切的要求。自动灌浆控制系统由传感器,控制器,柱塞泵以及节流阀构成,系统通过调节柱塞泵转速和节流阀开度从而实现对注入到灌浆孔内浆液流量和压力的复合控制。由于灌浆系统自身存在大惯量滞后环节,灌浆孔内浆液流量和压力又存在强耦合关系,所以要使灌浆孔内的浆液压力始终符合灌浆设计的要求非常困难。本文介绍了自动灌浆系统的基本工作方式,及其在水利水电工程中的应用,论述了自动灌浆系统的应用背景,国内、外的研究现状和技术发展趋势;提出了一种高性能智能灌浆控制系统的总体设计方案,并分别介绍了控制系统中的主要组成部分及其特点;主要分析了灌浆系统中的压力、流量变化规律及其对传感器系统的要求,提出了适应灌浆孔浆液物理参数检测的传感器设计结构和采集精度;对灌浆系统中的压力-流量耦合控制算法展开研究,在对流入灌浆孔浆液压力-流量耦合模型分析的基础上,提出了基于模糊PID的控制算法;提出了适合在恶劣灌浆环境下使用的控制器硬件的设计方案,采用分布式控制系统来满足灌浆系统的要求,由内置存储器的主控制器进行现场数据采集和实时控制,由S3C2440多媒体处理器构成手持控制器进行数据监控和运行设定,两个模块之间采用CAN网络连接进行数据交换;介绍了对控制系统进行实验测试的情况,总结了研究经验,并提出了今后进一步研究的发展方向。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 灌浆工艺概述
• 1.2 灌浆参数检测和反馈控制的现状与存在的问题
• 1.3 自动灌浆技术的发展概述
• 1.4 课题的提出和研究意义
• 1.5 论文的主要研究内容
• 1.6 本章小结
• 2 智能灌浆控制系统整体设计
• 2.1 灌浆控制系统的功能要求
• 2.2 自动灌浆系统中的主要设备
• 2.3 本章小结
• 3 压力反馈器件设计
• 3.1 灌浆压力反馈要求
• 3.2 油水隔离装置的研制
• 3.3 压力信号传递
• 3.4 本章小结
• 4 基于模糊PID的压力-流量耦合控制算法
• 4.1 灌浆过程中的压力-流量特性
• 4.2 模糊控制算法
• 4.3 自动灌浆系统的模糊控制器设计
• 4.4 本章小结
• 5 基于嵌入式系统的自动灌浆控制系统设计
• 5.1 嵌入式系统的设计
• 5.2 基于S3C2440的手持控制器设计
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 系统的实验测试
• 6.2 实验结果分析
• 6.3 结论
• 6.4 工作展望
• 参考文献