学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于大滞后非线性反应釜的温度控制算法实现

作　者: 王春晓
导　师: 刘海
学　校: 山东大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 反应釜专家PID控制前馈-Smith控制 C8051F020单片机串行通信
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 81次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

反应釜是化工生产过程中一种重要的反应容器,其内部机理复杂,受反应物种类、浓度等因素不同伴有不同的吸、放热过程,对温度过程的控制影响较大,是典型的大惯性、大滞后、非线性系统,控制起来非常困难,传统控制算法很难在反应釜的温度控制上得到满意的效果,从控制的角度来看,反应釜属于最难控制的过程之一。以反应釜的温度作为被控对象,在分析了反应釜工作过程的能量转移的基础上,给出了反应釜温度过程的数学模型,并通过阶跃响应建模法,对反应釜温度过程模型进行了参数辨识,得出反应釜温度过程的传递函数。针对传统控制方法无法满足具有大惯性、大滞后的反应釜温度的高精度控制,提出了专家PID与前馈-Smith控制相结合的控制算法,并在MATLAB/Simulink下对算法进行了建模、仿真,仿真图形以及下面的实验结果都验证了该算法对大惯性、大滞后系统控制的有效性。在此基础上,设计了以C8051F020单片机为核心的上、下位机相结合的反应釜控制系统,通过RS-485进行上、下位机的串行通信。下位机控制器是整个控制系统的核心,它具体地运行控制算法实现对反应釜温度的控制,还包括按键、LCD显示、扩展存储器存储、温度数据测量、算法运算、调温电压输出以及和上位机串行通讯等功能；上位机采用VB6.0进行软件编程,包括对下位机发送控制命令、接收数据并显示存储、数据库管理等功能,有了上位机就可以存储大量的温度测量数据,并对历史温度数据的变化分析、总结控制算法的控制效果。上、下位机的结合提高了人机交互的智能性。在该反应釜控制系统上,分别采用传统PID控制算法和专家PID与前馈-Smith控制相结合的控制算法进行反应釜温度控制实验,并通过上位机提取历史数据绘制温度响应曲线图,实验结果表明专家PID与前馈-Smith控制相结合的控制算法可以克服大惯性、大滞后的影响,实现对反应釜温度过程的快速、精确控制。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第1章绪论  11-20
  1.1 选题来源和研究的背景、意义  11-12
  1.2 国内外反应釜温度控制技术的现状  12-13
  1.3 反应釜温度过程分析  13-17
    1.3.1 反应釜组成及工作原理  13-15
    1.3.2 反应釜温度过程分析  15-17
  1.4 课题主要研究内容和关键问题  17-20
    1.4.1 主要内容  17-18
    1.4.2 关键问题  18-19
    1.4.3 控制指标  19-20
第2章控制方案分析  20-32
  2.1 传统PID控制算法  20-25
    2.1.1 PID控制算法原理及特点  20-22
    2.1.2 数字PID控制算法及其特点  22-23
    2.1.3 饱和作用及其抑制  23
    2.1.4 PID参数的选择  23-25
  2.2 新型PID控制算法  25-27
    2.2.1 智能PID控制种类及应用  25-26
    2.2.2 专家PID控制  26-27
  2.3 带Smith预估器的PID控制算法  27-29
  2.4 前馈控制  29-30
  2.5 控制方案确定  30-32
第3章模型参数辨识与算法仿真  32-37
  3.1 反应釜模型参数辨识  32-33
  3.2 基于反应釜模型的算法仿真  33-37
第4章反应釜温度控制系统设计  37-54
  4.1 芯片介绍  37-39
    4.1.1 核心芯片C8051F020的特点  37-38
    4.1.2 其他主要芯片介绍  38-39
  4.2 硬件电路分析  39-42
    4.2.1 测温电路  39-41
    4.2.2 调压模块电路  41
    4.2.3 液晶接口电路  41-42
  4.3 下位机软件设计  42-48
    4.3.1 主程序  43-44
    4.3.2 控制算法子程序  44-46
    4.3.3 PT100的非线性处理  46-48
  4.4 上位机软件设计  48-54
    4.4.1 上位机功能模块组成  48-50
    4.4.2 串口通讯实现  50-52
    4.4.3 数据库管理  52-54
第5章实验与总结  54-60
  5.1 前馈补偿电压测量  54-55
  5.2 实验  55-59
    5.2.1 实验一  55-57
    5.2.2 实验二  57-58
    5.2.3 实验三  58-59
  5.3 总结  59-60
第6章结束语  60-61
附录一反应釜温度控制实验的部分数据  61-62
附录二主程序和部分子程序  62-70
参考文献  70-72
致谢  72-73
攻读硕士学位期间发表的学术论文  73-74
学位论文评阅及答辩情况表  74

基于大滞后非线性反应釜的温度控制算法实现

内容摘要

全文目录

相似论文