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基于DSP的电液调节阀动态特性研究

史存伟  
【摘要】:调节阀是工业自动化领域的重要控制元件,主要应用于石油化工、电站、冶金、造船、核工业、航空航天等行业的管网系统控制中。科学技术的快速发展使得高性能的调节阀的工业需求越来越大。而当前国内高性能调节阀市场被国外占据大部分份额,为了打破垄断,满足工业发展需求,开发出拥有独立知识产权的高性能调节阀迫在眉睫。在国家“863计划”、高校博士学科点专项基金“大流量高频响核电控制阀的多场耦合振动与泄漏自感知机理研究”的支持等的资助下,针对上述问题,本文进行了如下的研究工作:首先,以DSP为核心控制技术,基于智能控制系统的功能要求,开发了调节阀智能控制器。功能上实现了人机交互液晶显示、数据采集处理、伺服电机驱动、温湿度检测等。硬件方面在Altium Designer软件中完成硬件电路设计,软件方面在CCS软件中完成主程序以及部分子程序编译、运行。并且针对于电磁干扰问题,在硬件软件设计时,分别提出了一些具体改进措施。其次,结合电子控制与液压传动技术,设计了一款直驱式容积控制电液执行机构,对该机构机械部分进行结构计算设计以及相关元器件的匹配计算和选用,然后对整体的执行结构的减振减噪提出优化改进措施。最后结合控制器部分,搭建了简易实验平台,运用该套执行机构对阀门开度进行模拟实验,效果良好。再次,基于所设计的执行机构各部分,对系统伺服电机、泵控缸以及阀门环节进行数学模型的建立,并推导出系统传递函数,建立系统阀门开度、负载、流量间的关系。通过Matlab中系统稳定性的Bode图判据,得出系统稳定性良好,稳定裕度较大。最后,结合模糊控制与PID控制的控制策略,提出了一种优化后的模糊PID控制策略,该策略运用PSO算法改进了基于专家经验的模糊控制规则表的部分点来更加适应于该控制系统;在Matlab的Simulink模块中,在PID控制策略和改进模糊PID控制策略下进行仿真来研究系统的动静态特性,仿真结果表明,相比于传统PID控制,改进后的控制策略下,系统的阶跃响应能力更强、超调量控制更好、波形追踪性能更优、抗干扰性能更好,良好的稳态精度使得其更加适用于高性能调节阀的控制上,满足设计要求。


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