EFPT过程实验装置建模与控制

论文摘要

建立一个操作简单、实验内容丰富、过程参数变化直观、控制参数对控制性能的影响便于观察的过程控制系统实验装置是本论文的目的。论文以EFPT（Experiment Facility for Auto-Control Technology inProcess Control）型过程控制实验装置为研究对象,在锅炉温度控制系统稳定运行时加入阶跃信号,利用监控软件得到阶跃响应曲线并建立数学模型。设计了基于参数模糊自整定PID控制的计算机监控系统。然后针对温度系统在Matlab语言的Simulink平台下对PID控制和参数模糊自整定PID控制进行仿真比较,证实了参数模糊自整定PID控制方法的正确性和可行性。再将此两种控制系统用于实际的实验装置中,从实验结果可以得出:参数模糊自整定PID控制具有更小的超调、无振荡、平稳性好、过渡时间短、稳态误差小的特点,因此,其动态特性和静态特性较为优越。由此进一步验证了参数模糊自整定PID控制方法应用于过程控制实验装置温度自动控制系统的有效性。最后,第四章研究了参数模糊自整定PID控制方法在单片机控制系统中的实现。将参数模糊自整定PID控制方法应用在过程控制实验装置温度控制系统中,可以克服传统PID控制的弱点,取得了较好的控制效果,明显提高了控制性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 过程控制的研究现状
• 1.3 本文的结构及内容安排
• 第二章 实验装置分析及对象建模
• 2.1 过程被控对象简介
• 2.2 过程控制实验装置的分析
• 2.3 锅炉炉温对象的数学模型
• 2.3.1 温度对象建模分析
• 2.3.2 实验法建立数学模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 参数模糊自整定PID控制器的设计
• 3.1 模糊控制方案
• 3.1.1 模糊控制方法概述
• 3.1.2 模糊控制系统的组成结构
• 3.1.3 模糊控制基本算法
• 3.1.4 模糊控制器的设计
• 3.2 增量式PID控制方案
• 3.3 参数模糊自整定PID控制器设计
• 3.3.1 参数模糊自整定PID控制系统的结构
• 3.3.2 PID参数自整定原则
• 3.3.3 参数模糊自整定PID控制器的设计
• 3.4 实验装置的模糊PID参数整定
• 3.5 参数模糊自整定PID控制器仿真研究
• 3.5.1 PID控制器仿真
• 3.5.2 参数模糊自整定PID控制器仿真
• 3.5.3 模型失配时两种种方法的比较
• 3.6 参数模糊自整定PID控制器实验分析
• 3.6.1 PID控制实验及分析
• 3.6.2 参数模糊自整定PID控制实验及分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 控制系统实现
• 4.1 硬件系统构成
• 4.1.1 STC89C58RD+单片机简介
• 4.1.2 前向通道配置电路
• 4.1.3 后向通道配置及接口
• 4.1.4 人机通道及接口
• 4.1.5 串行通信接口
• 4.1.6 硬件抗干扰措施
• 4.2 下位机软件设计
• 4.2.1 软件总体结构及资源分配
• 4.2.2 软件调试
• 4.2.3 软件抗干扰措施
• 4.3 上位机软件设计
• 4.3.1 组态软件
• 4.3.2 组态软件的设计
• 4.4 本章小节
• 第五章 结束语
• 5.1 研究工作总结
• 5.2 研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究期间发表的论文