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基于现场总线的水库闸门控制系统的研究

作　者: 汪会鹏
导　师: 周恩涛
学　校: 东北大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 现场总线 PROFIBUS 电液比例 PID BP神经网络
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 81次
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内容摘要

某水库闸门控制系统改造项目是该水库2007年的重大技术改造项目,作为该项目的子课题闸门控制系统的研究是该项目的重要组成部分。本论文以远程监控系统的开发和电液比例系统应用为研究背景而展开工作的,具有一定的实用价值。论文对现场总线技术做了全面、系统的介绍,着重分析了PROFIBUS现场总线的技术特点和优势；并对应用PROFIBUS,总线枝术构建控制网络所要注意的问题以及几种典型的PROFIBUS控制网络结构类型进行了探讨。使用PROFIBUS通信协议完成工控机与PLC之间的通信,并研究其配套软件WinCC应用和系统配置等问题。该系统的执行机构为电液比例系统,采用位移反馈,设计符合要求的闭环电液比例系统。用传递函数的方法建立动态系统的数学模型,对模型进行分析,对建立的数学模型进行PID神经网络控制,最后再用MATLAB软件对结果加以仿真。最后通过仿真结果和实验表明建立的数学模型和控制系统的设计是正确的,PID控制策略是很有效的控制方法,且系统通信正常。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-15
  1.1 课题的背景与目的  10
  1.2 现场总线综述  10-14
    1.2.1 现场总线的特点和优点  11-12
    1.2.2 现场总线国内外发展现状  12-13
    1.2.3 现场总线的展望  13-14
  1.3 本文研究内容  14-15
第2章 PROFIBUS现场总线技术的研究  15-32
  2.1 现场总线技术概貌  15
    2.1.1 现场总线的概念  15
    2.1.2 现场总线技术产生的意义  15
  2.2 PROFIBUS现场总线简介  15-17
    2.2.1 PROFIBUS的基本型式  16-17
    2.2.2 PROFIBUS系统的组成  17
  2.3 PROFIBUS各层协议分析  17-20
    2.3.1 PROFIBUS的协议结构  17-18
    2.3.2 物理层  18
    2.3.3 数据链路层  18-20
    2.3.4 应用层  20
  2.4 PROFIBUS的传输技术  20-21
  2.5 PROFIBUS总线的拓扑结构  21-27
    2.5.1 PROFIBUS电气接口网络  21-23
    2.5.2 PROFIBUS光纤接口网络  23-27
  2.6 PROFIBUS-DP技术简介  27-30
    2.6.1 PROFIBUS-DP的概念  27
    2.6.2 PROFIBUS-DP的基本功能  27-30
    2.6.3 PROFIBUS-DP的组成  30
  3.7 PROFIBUS-DP在水库闸门控制系统的应用  30-32
第3章水库闸门远程监控系统的设计  32-40
  3.1 远程监控的技术基础  32-34
    3.1.1 远程监控的方式  32-33
    3.1.2 远程监控的设备接入技术  33
    3.1.3 WinCC组态软件介绍  33-34
  3.2 利用WinCC实现监控自动化  34-38
    3.2.1 WinCC与PLC数据通信  35-36
    3.2.2 监控界面的设计  36-38
  3.3 WinCC组态步骤  38-40
    3.3.1 建立项目  38
    3.3.2 组态变量  38-40
第4章基于电液比例技术的系统建模  40-55
  4.1 电液比例技术简介  40-43
    4.1.1 电液比例技术基本概念  40
    4.1.2 电液比例技术发展概况  40-41
    4.1.3 电液比例控制系统的组成  41-43
    4.1.4 电液比例控制系统的分类  43
  4.2 水库闸门液压系统的设计与建模  43-52
    4.2.1 水库闸门液压系统设计  43-44
    4.2.2 液压系统的建模  44-52
  4.3 阀控非对称液压缸其他环节模型的建立  52-55
    4.3.1 阀控非对称液压缸系统方框图  52-53
    4.3.2 比例放大器和零阶保持器传递函数  53
    4.3.3 比例阀传递函数的确定  53-55
第5章控制系统的仿真与分析  55-72
  5.1 液压系统的仿真概述  55-57
    5.1.1 液压系统仿真的意义和目的  55-56
    5.1.2 仿真环境简介  56-57
  5.2 水库闸门系统模型仿真参数确定  57-61
    5.2.1 比例放大器的增益  57
    5.2.2 液压油液参数的确定  57
    5.2.3 比例阀传递函数的确定  57-58
    5.2.4 液压缸传递函数的确定  58-61
  5.3 比例系统的特性分析  61-64
    5.3.1 比例系统的开环传递函数  61
    5.3.2 系统开环伯德图  61-62
    5.3.3 系统的瞬态响应  62-64
  5.4 PID控制器  64-66
    5.4.1 PID简介  64
    5.4.2 PID控制器原理  64-66
  5.5 神经网络控制与仿真  66-72
    5.5.1 概述  66
    5.5.2 基于BP神经网络的PID整定  66-72
第6章结论  72-73
参考文献  73-76
致谢  76-77
附录  77-80

基于现场总线的水库闸门控制系统的研究

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