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无线网络温度控制系统研究及应用

作　者: 田林林
导　师: 周武能
学　校: 东华大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 无线网络分布式控制网络拓扑模糊PID 数字滤波工频电磁干扰
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 52次
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内容摘要

温度是工业过程中最常见、最基本的参数之一,物体的任何物理变化和化学变化都与温度有关,温度一般占全部过程参数的50%左右,许多工业部门都不得不考虑温度对自身系统的影响,所以温度在工业生产过程中常被作为被控量。目前的温度控制系统大都采用有线方式进行控制,但是有线方式具有布线复杂、集成难度较大、施工、调试、维修工作量大及不便于二次拓展等问题,而且在恶劣环境中及一些特殊场合不能铺设或者架空电缆,这就限制了有线控制系统的应用。近年来随着无线通信、信息传感技术、计算机技术的迅猛发展及控制理论的日渐成熟,通过信息传感设备和网络将无线网络控制技术应用于工业现场并对现场各种指标,如温度、压力、流量、液位、转速等进行实时监视与控制的工业无线网络控制系统,引起学术界和工业界的广泛重视。工业无线网络控制系统采用无线网络取代传统的有线传输电缆,具有有线控制系统无法比拟的优势,现已成为全球研究的热点。本文将无线网络控制技术应用于工业生产过程较为普遍的电阻炉温度控制装置,针对工业现场中被控对象与监控设备数量均比较多的情况,摒弃单点对单点的网络控制方式,提出并设计了一种基于模糊PID算法的无线分布式温度控制系统。运用自顶向下的设计方法,建立了分布式、多层次的无线网络拓扑结构,便于对系统中控制软件与通信协议的规范设计与管理；将模糊PID控制算法和数字滤波算法相结合,实现了对分布式、多台、复杂电阻炉温度的集中管理与分散控制。其可靠性、控制精度及响应速度均可以满足行业要求,有效地解决了有线分布式控制系统中遇到的布线复杂、施工困难、维护不便及成本高等问题,而且方便系统二次拓展。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-20
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 无线网络控制系统研究现状  11-12
  1.3 温度控制系统发展现状  12-14
  1.4 各种控制算法研究现状  14-19
    1.4.1 传统控制算法  14-15
    1.4.2 现代控制算法  15-19
  1.5 本论文的结构  19-20
第二章无线网络控制系统的网络拓扑结构  20-26
  2.1 无线网络控制系统的基本结构  20-22
  2.2 无线网络控制系统的分布式拓扑结构  22-25
    2.2.1 管理层  22-24
    2.2.2 中继层  24
    2.2.3 控制层  24
    2.2.4 执行层  24-25
  2.3 本章小结  25-26
第三章温度控制系统的控制算法研究  26-43
  3.1 PID控制算法  26-31
    3.1.1 PID控制规律的离散化  27-29
    3.1.2 数字PID控制器的参数整定  29-30
    3.1.3 PID控制算法应注意的几个问题  30-31
  3.2 模糊控制智能算法  31-37
    3.2.1 模糊控制的发展  32-33
    3.2.2 模糊逻辑系统的研究  33-35
    3.2.3 基于模糊自适应PID控制器的研究  35-37
  3.3 模糊PID复合控制算法  37-42
    3.3.1 模糊控制器的结构  38-41
    3.3.2 模糊PID控制算法的软件实现  41-42
  3.4 本章小结  42-43
第四章无线网络控制系统的滤波算法研究  43-52
  4.1 工频电磁干扰的产生形式  43-44
  4.2 数字滤波器的结构  44-45
    4.2.1 一阶惯性滤波  45
    4.2.2 算术平均滤波  45
  4.3 复合数字滤波算法的软件实现  45-46
  4.4 数字滤波算法执行结果  46-51
  4.5 本章小结  51-52
第五章控制系统运行结果分析  52-59
第六章总结与展望  59-60
参考文献  60-63
攻读硕士学位期间的研究成果  63-64
攻读硕士学位期间参加的科研项目  64-65
致谢  65

无线网络温度控制系统研究及应用

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