气动调节阀的建模与控制方法研究

作     者：刘洋 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：葛泉波;尚群立

授予年度：2015年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：气动调节阀 机理建模 IMC-PID控制 非线性特征 

摘      要：气动调节阀是过程工业中的重要自动化元件,其控制性能也是气动调节阀研究中的重要内容。一个能够准确反映气动调节阀系统特性的系统机理模型,可以为气动调节阀定位控制算法研究提供便利的平台。气动调节阀本质是一个非线性系统,对于其非线性特征的研究有利于机理模型的进一步完善和改进。在模型仿真和实验研究的基础上,对气动调节阀控制算法的控制性能进行量化评估和分析,研究能够精确、快速、稳定的控制阀位开度的参数整定方法,对于过程自动化产业的生产成本节约和生产效率的提高具有积极意义。论文的工作包括以下内容：首先详细介绍了气动调节阀系统的结构与工作原理,以系统的工作原理为依据,将系统划分为智能定位器、气动执行机构、调节阀体三个子系统。对各个子系统进行模块化机理分析建模。得益于模块划分的建模思想,本文给出的机理模型库具有良好的可移植性和扩展性。其次通过Matlab/Simulink平台进行了无负载气动调节阀模型的仿真分析,结果表明在部分工作点,模型具有良好的准确性。进一步,通过一系列的气动调节阀开环实验数据分析,确定了气动调节阀系统的四个非线性特征,为将来模型的完善和改进提供了参考。再次本文对气动调节阀的控制算法进行研究,给出了基于对象系统阶跃响应的模型参数辨识方法和基于IMC-PIDD的气动调节阀定位器控制算法及其参数整定方法,讨论了参数整定公式中可调参数的优化选取,通过仿真对比分析控制算法的控制性能。最后介绍了实验平台搭建和开闭环实验方案,针对本文给出的气动调节阀控制算法的控制性能进行了对比性实验,通过对其控制性能的量化分析,结果表明使用IMC-PID控制参数整定算法的气动调节阀系统具有更精确、快速、稳定的控制效果。本文是在大量文献阅读和理论研究的基础上,通过实验室开发和企业生产车间近1000小时的大量实验研究过程完成的。