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《山东大学》 2012年
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直驱式电液调节阀稳压控制技术研究

许茂林  
【摘要】:目前钢厂已经利用生产中的废煤气循环发电,它节能又环保,但其中调节阀的稳压控制成为技术瓶颈。调节阀作为工业过程控制的终端元件,在调节系统中必不可少,广泛应用于石油、化工、电力、冶金等工业部门。由于节能减排、生态环保等日益受到重视,多种场合都要求调节阀具有更好的技术性能。然而目前国内调节阀仍以传统型式为主,响应慢、能耗高、控制精度差,因此亟需对新型高性能调节阀技术进行研究。本文分析了钢厂循环发电调节阀的性能要求并充分考虑推广其应用领域,结合液压传动与控制系统的新节能技术,以高效节能、结构紧凑、响应迅速、稳压精确为目标,开展了新型调节阀的设计研究。 首先,设计了一种以直驱式容积控制(DDVC:Direct Drive Volume Control)电液伺服系统作为执行机构的新型高性能调节阀(以下简称“直驱式电液调节阀”)。拟定了液压系统原理,对系统主要元器件进行了匹配计算和选型。对比分析直驱式电液调节阀和传统调节阀后,突出了前者优势所在。同时在此基础上设计出一套结构紧凑的调节阀机械结构。 其次,基于系统控制要求及特点,确立了以单片机为核心的控制方式,开发出一套基于PIC16F877单片机为控制核心的调节阀控制器。在硬件上完成了键盘输入、数据采集、数据存储、液晶显示、报警电路、伺服电机控制等电路模块的设计,控制器可内置于液压单元;在软件中利用MPLAB实现了调节阀的功能设定、伺服控制、开关状态三种控制模式,并且在C++Builder上编制了上位机界面,算法简单易行,程序执行速度快、功耗低。 再次,根据直驱式电液调节阀的工作原理,进行了系统机理建模。分析了伺服电动机工作原理及泵控缸的流量特性和力平衡特性等,重点研究了调节阀门的流量、压力、开度及负载之间的关系,建立了直驱式电液调节阀系统的动态数学模型。推导出系统传递函数,在MATLAB环境下分析了系统稳定性,结果表明系统具有较大的稳定裕度。 最后,提出了一种基于蚁群算法离线优化的模糊PID开关切换控制策略,应用于系统稳压控制。通过在MATLAB中编程模拟控制器工作状态的方式实现了更加精确的仿真,研究了系统在模糊PID开关切换和常规PID控制下的动静态性能,结果表明前者控制时系统的阶跃响应性能、方波跟踪能力、鲁棒性、抗干扰能力等均优于后者控制,且这些主要性能指标都能达到系统的设计要求。仿真结果表明,所设计的直驱式电液调节阀能满足高性能调节阀的使用要求。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TH137

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【参考文献】
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