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基于虚拟仪器的气力输送试验装置测控系统设计与研究

作　者: 孟瑞
导　师: 旷建军
学　校: 华侨大学
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 气力输送 LabVIEW 模糊PID自整定 MATLAB/Simulink
分类号: TH48
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

气力输送技术以其特有的优点被广泛的应用于现代工业生产中。但随着输送技术的不断发展，装置中需要被控及被检测量越来越多，越来越复杂，为确保输送系统具有良好的输送效果，需要相应的测控系统进行控制，因此测控系统在气力输送装置中的地位也日益上升。本文以稀相气力输送试验装置为研究对象，在对输送装置工作原理详细分析的基础上，结合实际工作流程设计了一套基于虚拟仪器LabVIEW的多功能测控系统。测控系统在实现了与控制执行器之间通信的基础上，设计了系统仿真、控制算法调整、数据显示、被控量实时响应曲线显示及视频监控等功能。论文完成的主要内容包括：1、首先对气力输送技术及其控制系统的发展历程进行了介绍，着重对气力输送系统的传统控制方式及测控系统的发展方向做了说明，指出了虚拟仪器在气力输送测控系统开发应用中的优点及前景。2、对课题研究的气力输送试验系统的重要参数设计及关键设备的选型进行了详细的说明，结合系统工作流程设计完成了PLC控制程序，为系统实现软硬件通信提供支持。详细说明了测控系统所要控制关键参数的采集方法并对控制方法进行了设计说明。3、详细阐述了PID控制算法在控制气力输送装置中的不足，根据性能分析设计了基于虚拟仪器LabVIEW的模糊PID自整定算法，并通过虚拟仪器和MATLAB/Simulink软件的混合仿真对不同算法进行性能仿真。4、为实现测控系统与硬件控制器之间的数据传输，设计采用数据记录与监控（DSC）模块对OPC服务器进行访问，并完成软硬件之间的数据通信，实现测控系统硬件功能控制。基于虚拟仪器的测控系统具有输送系统仿真、控制规则输入修改、测试参数显示及被控量曲线实时显示等功能。同时根据输送系统管道的复杂性，设计了视频监控功能，通过控制界面实现简单的图像处理。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-17
  1.1 气力输送技术的发展  9-11
  1.2 气力输送技术优点  11-12
  1.3 气力输送试验装置测控技术发展及研究  12-13
  1.4 虚拟仪器的应用  13-14
  1.5 本课题研究的目的及意义  14-15
  1.6 本课题研究任务  15-16
  1.7 测控及仿真系统主要研制内容  16
  1.8 本章小结  16-17
第2章气力输送试验装置硬件系统  17-38
  2.1 气力输送原理  17-18
  2.2 气力输送试验装置构造  18-19
  2.3 气力输送试验装置主要技术指标  19
  2.4 试验装置气动设计  19-28
    2.4.1 输送装置基本参数确定  20-21
    2.4.2 风机输出风量计算  21-22
    2.4.3 压力损失计算  22-28
  2.5 输送装置重要参数检测  28-31
    2.5.1 输送管道气体压力检测  29-30
    2.5.2 固气比测量原理  30-31
  2.6 输送装置硬件控制单元  31-34
    2.6.1 气流速度的控制  32-33
    2.6.2 给料量的控制  33-34
  2.7 设备控制系统设计  34-37
    2.7.1 输送装置动力设备选型  34-35
    2.7.2 输送装置设备控制要求  35
    2.7.3 控制设备选型  35-37
  2.8 本章小结  37-38
第3章控制算法设计与仿真  38-65
  3.1 模糊控制器的基本原理  38-40
  3.2 模糊 PID 自整定控制  40-46
    3.2.1 模糊 PID 参数自整定控制原理  40-42
    3.2.2 模糊 PID 参数自整定原则  42-45
    3.2.3 模糊控制器中的变量因子  45-46
    3.2.4 模糊域的确定  46
  3.3 虚拟仪器中模糊 PID 参数自整定的实现  46-48
  3.4 LabVIEW 与 MATLAB/Simulink 混合编程接口技术  48-50
    3.4.1 LabVIEW 仿真接口工具包  49-50
    3.4.2 LabVIEW 仿真接口工具包用户界面设计  50
  3.5 系统控制仿真  50-54
  3.6 LabVIEW/Simulink 参数控制仿真系统  54-56
  3.7 空气流量控制仿真  56-59
    3.7.1 传统 PID 控制仿真  56-57
    3.7.2 模糊 PID 自整定控制仿真  57-58
    3.7.3 控制效果比较  58-59
  3.8 物料量控制仿真  59-61
    3.8.1 传统 PID 控制仿真  59-60
    3.8.2 模糊 PID 参数整定控制仿真  60-61
    3.8.3 控制效果比较  61
  3.9 气力输送试验系统仿真  61-63
  3.10 本章小结  63-65
第4章虚拟仪器测控系统设计  65-83
  4.1 IO 地址分配  66
  4.2 设备控制流程  66-69
  4.3 测控系统通信设计  69-72
    4.3.1 OPC 数据通信技术概述  69-70
    4.3.2 LabVIEW 与 PLC 数据通信  70-72
  4.4 虚拟仪器测控系统功能设计及说明  72-80
    4.4.1 用户登录功能模块  73-74
    4.4.2 输送系统动态仿真模块  74
    4.4.3 控制参数设定模块  74-76
    4.4.4 模糊控制规则指示模块  76-77
    4.4.5 目标量趋势曲线指示模块  77
    4.4.6 被测点实时数据指示模块  77-78
    4.4.7 输送系统视频实时监控模块  78-80
  4.5 试验系统虚拟仪器仿真  80-81
  4.6 本章小结  81-83
第5章总结与展望  83-85
  5.1 本文总结  83-84
  5.2 展望  84-85
参考文献  85-90
致谢  90-91
个人简历、在校期间发表的学术论文集研究成果  91

基于虚拟仪器的气力输送试验装置测控系统设计与研究

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