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基于嵌入式系统的余热回收VRV智能控制器设计

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基于嵌入式系统的余热回收VRV智能控制器设计

作者：张文超沈阳工业大学

学位级别：硕士

余热回收VRV(Waste Heat Recovery Variable Refrigerant Volume)空调是集冷凝热回收技术与VRV空调的变制冷剂流量技术为一体的新型空调系统。冷凝热回收技术将VRV空调运行过程中所排放的废热回收再利用;而VRV(Variable Refrigerant Vol... 详细信息

余热回收VRV(Waste Heat Recovery Variable Refrigerant Volume)空调是集冷凝热回收技术与VRV空调的变制冷剂流量技术为一体的新型空调系统。冷凝热回收技术将VRV空调运行过程中所排放的废热回收再利用;而VRV(Variable Refrigerant Volume)空调系统将多联机、变频、节能等多种技术集于一身,依靠其能耗较小而且工作性能稳定等优势,被广泛应用于住宅建筑中。然而,冷凝热回收技术的加入会增加VRV空调系统的不确定性,为系统的稳定控制带来困难。因此,研究适用于余热回收VRV空调这一新型空调系统的控制策略具有重要意义。为此本文做了如下工作:首先,分析了余热回收VRV空调系统的结构和制冷循环原理,以及主要部件的运行机理,建立了空调系统的工程化模型。针对房间送风温度扰动较大的特点,设计了改进差分进化(MDE)算法和串级pid控制方法相结合的室内机控制器,使用MDE算法整定主、副pid控制器参数,实现对室温的精准控制。其次,针对制冷压缩机吸气压力扰动参数复杂,具有非线性、时变性、大滞后等特点,设计了变论域模糊PID和模糊前馈补偿器相结合的制冷机控制器,变论域模糊PID控制是以吸气压力的误差及其变化率为输入,在线调整pid控制器参数,控制制冷压缩机吸气压力进而实现制冷量控制。同时,针对余热回收VRV空调中板式热交换器水温变化对系统稳定性的影响,设计了模糊前馈补偿器,提前修正制冷压缩机频率。通过仿真验证MDE串级pid控制器能够有效减小送风温度出现波动情况下对房间温度的影响,同时表明变论域模糊PID与模糊前馈补偿器相结合的方法,改善了热回收水温变化对制冷量的影响。然后,在上述研究确定的控制策略的基础上,基于嵌入式系统开发了余热回收VRV空调智能控制器,完成了硬件电路并制成PCB板,开发了嵌入式控制器驱动程序、室内机控制程序和制冷机控制程序。最后,以实验室物理实物模型搭建了能源综合利用实验平台,在实验平台上对嵌入式控制器进行了实验。实验结果表明,设计的嵌入式控制器运行稳定,控制算法达到了预期效果,可满足余热回收VRV空调实际控制需求。

关键词：余热回收VRV空调改进差分进化算法串级控制变论域模糊PID 嵌入式系统

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盾构机回转驱动系统建模及同步控制方法

辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2019年第4期38卷 350-358页

作者：彭继慎何武林辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁阜新123000 辽宁铁道职业技术学院辽宁锦州121000

为从机械力学和电机同步控制的角度进行盾构机回转驱动系统的研究,根据盾构机的工作原理和机械结构,采用等效质量法建立盾构机回转驱动系统的动力学模型,分析刀盘回转载荷,根据盾构机刀盘回转液压系统,建立变量泵的流量方程、连续方程... 详细信息

为从机械力学和电机同步控制的角度进行盾构机回转驱动系统的研究,根据盾构机的工作原理和机械结构,采用等效质量法建立盾构机回转驱动系统的动力学模型,分析刀盘回转载荷,根据盾构机刀盘回转液压系统,建立变量泵的流量方程、连续方程以及马达和负载的力矩平衡方程,构建数学模型,得到控制系统提供传递函数,最终建立了机电液的耦合模型,考虑机电液系统对同步性能的影响.结合了耦合补偿原理以及共同设定控制思路,使用环形耦合多马达同步控制策略,综合考虑单个马达相对于设定马达位移的跟踪误差和相邻马达之间的同步误差.使用变论域方法建立基于变论域模糊PID的多马达同步控制的误差补偿控制算法.通过对比实验研究表明,建立的控制模型相比不考虑机电液系统耦合模型的控制模型作用下,具有更低的同步误差和跟踪误差.

关键词：盾构机回转驱动多马达同步控制环形耦合控制变论域模糊PID

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盾构机刀盘回转系统恒功率自适应控制

辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2019年第5期38卷 435-440页

作者：彭继慎何武林辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁阜新123000

为提高盾构机刀盘回转系统的工作效率和系统稳定性,采用简化刀盘回转液压系统模型,建立刀盘回转液压系统数学模型.分析了刀盘回转载荷,确定了液压系统负载扭矩计算模型.采用变论域方法建立基于变论域模糊PID的刀盘回转液压系统自适应控... 详细信息

为提高盾构机刀盘回转系统的工作效率和系统稳定性,采用简化刀盘回转液压系统模型,建立刀盘回转液压系统数学模型.分析了刀盘回转载荷,确定了液压系统负载扭矩计算模型.采用变论域方法建立基于变论域模糊PID的刀盘回转液压系统自适应控制算法.对刀盘扭矩施加线性变载荷和随机载荷进行控制系统的仿真实例研究.研究结果表明:在掘进系统刀盘扭矩增加时,所提出的控制系统可随时调整刀盘旋转速度以实现系统总功率的平衡,并可降低刀盘转速调整过程的超调量和调整时间.研究结论为盾构机刀盘回转液压系统的设计和改进提供了理论依据.

关键词：盾构机恒功率控制变论域模糊PID 刀盘回转系统液压系统

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轧机多缸调平系统耦合同步控制方法

锻压技术 2019年第5期44卷 110-115页

作者：张红广州铁路职业技术学院电气工程学院广东广州510430

为提高轧机多缸调平系统的运行平稳性,保证生产带板精度,提出了一种多缸调平系统的液压同步控制技术。建立多缸同步控制系统数学模型,确定系统载荷与各油缸伸缩位移之间的线性方程,以及同步控制系统负载特性的非线性方程。使用环形耦合... 详细信息

为提高轧机多缸调平系统的运行平稳性,保证生产带板精度,提出了一种多缸调平系统的液压同步控制技术。建立多缸同步控制系统数学模型,确定系统载荷与各油缸伸缩位移之间的线性方程,以及同步控制系统负载特性的非线性方程。使用环形耦合多缸同步控制策略,综合考虑单个油缸相对于设定油缸位移的跟踪误差和相邻油缸之间的同步误差。利用变论域方法,建立基于变论域模糊PID的多缸同步控制的误差补偿控制算法。实验研究表明,该研究方法的最大俯仰倾角的均值,相比其他方法分别降低了14. 33%、3. 51%和11. 29%,最大翻滚倾角的均值相比其他方法分别降低了15. 01%、2. 61%和9. 04%,最大同步误差的均值相比其他方法分别降低了17. 09%、5. 09%和9. 79%。验证了环形耦合控制策略和变论域模糊PID控制算法实现高精度的多缸同步控制技术的可行性。

关键词：轧机液压同步控制多缸调平系统环形耦合控制变论域模糊PID

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挖掘机器人精细作业的综合轨迹控制策略研究

工业控制计算机 2024年第1期37卷 33-35,39页

作者：田应仲段正全上海大学机电工程与自动化学院上海200444

挖掘机在国民经济建设领域发挥着重要作用,挖掘机器人是一种对传统挖掘机经过机器人化改造后的智能装备。针对挖掘机控制系统非线性强、数学模型难以建立、精细作业轨迹精度要求高的问题,提出了一种基于变论域模糊PID控制与交叉耦合控... 详细信息

挖掘机在国民经济建设领域发挥着重要作用,挖掘机器人是一种对传统挖掘机经过机器人化改造后的智能装备。针对挖掘机控制系统非线性强、数学模型难以建立、精细作业轨迹精度要求高的问题,提出了一种基于变论域模糊PID控制与交叉耦合控制的综合轨迹控制策略。采用带死区补偿的变论域模糊PID控制进行单执行器跟踪控制,利用交叉耦合控制提高执行器末端轮廓精度。通过联合仿真模型对控制策略进行验证分析。仿真结果表明:对比pid、变论域模糊PID两种控制策略,所设计的控制策略在响应性和准确性方面均优于其他两种算法,验证了方法的有效性。

关键词：挖掘机器人精细作业变论域模糊PID 交叉耦合控制联合仿真

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矿用大功率铅酸蓄电池充电控制系统

矿用大功率铅酸蓄电池充电控制系统

作者：杜亚娜中国矿业大学

学位级别：硕士

煤炭是一种重要的能源,在我国国民经济中占有主要地位。煤炭生产的智能化日益受到重视,矿用电机车是煤矿生产中的重要运输设备,它由铅酸蓄电池提供动力。充电机是用于铅酸蓄电池充电的电气装备,其性能的好坏直接影响铅酸蓄电池的工作效... 详细信息

煤炭是一种重要的能源,在我国国民经济中占有主要地位。煤炭生产的智能化日益受到重视,矿用电机车是煤矿生产中的重要运输设备,它由铅酸蓄电池提供动力。充电机是用于铅酸蓄电池充电的电气装备,其性能的好坏直接影响铅酸蓄电池的工作效率、使用寿命及运行可靠度等。由于煤矿现场中广泛使用的充电机多为老旧设备,控制方法简单,充电时间长、能耗高、自动化程度低,需要人工值守,并且充电时难以很好的遵循电池充电特性,容易对电池造成伤害、缩短使用寿命。故此,研究设计了基于变论域模糊PID控制的矿用大功率铅酸蓄电池充电控制系统。论文的主要内容如下:首先,对矿用充电机主电路和控制电路工作原理进行了分析,利用MATLAB对三相全控整流电路进行了仿真,以此为基础提出了充电控制系统的总体设计。针对充电机充电策略单一的问题,以蓄电池可接受电流曲线为依据,设计了一种恒流充电-恒流脉冲充电-恒压充电-浮充电的多阶段充电方法。由于充电机采用模拟电子电路对充电电压和电流进行控制,造成的误差较大,因此将变论域模糊PID控制创新性地应用在铅酸蓄电池充电过程中,建立了变论域模糊PID与充电系统的仿真模型,结果表明,变论域模糊PID控制在误差精度、响应速度和稳态效果上都优于常规pid和模糊pid的控制效果。其次,根据充电控制需求完成了软硬件的设计,硬件电路以STM32芯片为核心,设计了晶闸管触发、充电电压和电流的采集隔离电路等电路。软件方面设计了充电子程序、AD转换、数字滤波等模块;实现了控制算法的软件编程。系统还设计有存储、通信以及人机接口功能,以便于修改充电等相关参数。最后,在实验室完成调试及模拟测试后,在现场进行了测试。所设计的充电控制系统完成了对55节铅酸动力蓄电池组充电实验。结果表明充电过程平稳有效,充电电压和电流稳定;充电时间从原来的12小时缩短到8小时,降低了充电能耗;充电各阶段实现自动切换,充电结束后自动切断充电电源,无需人工值守,极大的提高了充电时电池的安全性。所研制的充电控制系统在充电时符合铅酸蓄电池充电规律。通过对充电电压、电流的实时检测,在控制策略与算法的作用下系统对充电电压/电流能进行有效的闭环控制,实现了对矿用铅酸动力蓄电池的快速、高效充电。所设计的人机接口及相关充电模块,便于对相关充电参数进行修改,从而可用于对不同型号、不同电压的铅酸蓄电池组进行充电。所研制的充电系统提升了矿用铅酸动力蓄电池充电的智能化水平,可用于对老旧充电机的升级改造,具有广泛的应用前景。

关键词：充电控制变论域模糊PID 铅酸蓄电池动力电池

微细电火花加工磁力驱动器的智能控制方法研究

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微细电火花加工磁力驱动器的智能控制方法研究

作者：徐程程沈阳工业大学

学位级别：硕士

电火花加工对导电材料的强度和硬度没有要求,是一种非接触的特种加工手段。电火花加工技术以其独特的加工优势在航空设备、电子仪表、医疗工程等领域有着重要作用。针对微细电火花加工轴向定位不及时、极间加工电圧不稳定以及极间碎屑... 详细信息

电火花加工对导电材料的强度和硬度没有要求,是一种非接触的特种加工手段。电火花加工技术以其独特的加工优势在航空设备、电子仪表、医疗工程等领域有着重要作用。针对微细电火花加工轴向定位不及时、极间加工电圧不稳定以及极间碎屑产物不易排出导致的加工无法正常进行的问题,本文将具有非线性、响应快、宽频带、高精度的磁力驱动器作为微细电火花加工的局部执行机构,采用智能控制技术对微细电火花加工磁力驱动器控制系统进行控制,以驱动工具电极在轴向方向快速微定位,使放电间隙维持在有效放电范围内。首先,对电火花加工过程及其原理进行介绍,并对磁力驱动器的结构及其工作原理进行研究和分析。为了实现对加工状态的实时检测,利用降压电路和低通滤波器对间隙平均电压检测电路进行设计。针对磁力驱动器应用在微细电火花加工的可行性问题,运用力学平衡方程建立磁力驱动器的线性化数学模型,并对基于pid控制的磁力驱动器进行位移控制仿真与实验,验证了该驱动器具有快速响应性、可观性和可控性。其次,通过对微细电火花加工磁力驱动器控制系统的控制方法进行深入研究,将模糊控制引入到常规pid控制中,实现对pid控制的控制参数在线实时整定,改善控制系统的动、静态性能。针对模糊pid控制的量化因子和比例因子一旦整定就无法改变的局限性问题,将模糊pid控制与基于模糊推理的论域调整机构相结合,设计变论域模糊PID控制器,通过伸缩因子调节模糊pid控制初始论域的伸缩变化,增强了控制系统的控制精度和自适应能力。最后,为了验证基于变论域模糊PID控制的微细电火花加工磁力驱动器控制系统的优越性,利用MATLAB/Simulink进行仿真分析,同时,又通过对放电状态、加工效率和加工表面质量这三方面进行实验分析。仿真与实验结果表明,变论域模糊PID控制的控制效果更好,相比于传统电火花加工机,变论域模糊PID控制磁力驱动器与传统电火花加工机协同控制的加工效率提高了40%,且加工过程更稳定、加工表面质量更好。

关键词：微细电火花加工磁力驱动器变论域模糊PID 论域调整机构

螺母锻压自动生产线及锻压工位转换位置控制算法研究

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螺母锻压自动生产线及锻压工位转换位置控制算法研究

作者：师国辉河北工程大学

学位级别：硕士

文章针对机械自动化制造领域的实际应用需要,提出一种变论域模糊PID位置控制算法,应用于螺母自动化锻压生产线的锻压机工位转换移动工作台位置控制系统的控制器设计中。对工位转换移动工作台的位置控制环节建立了等效数学模型,通过Matla... 详细信息

文章针对机械自动化制造领域的实际应用需要,提出一种变论域模糊PID位置控制算法,应用于螺母自动化锻压生产线的锻压机工位转换移动工作台位置控制系统的控制器设计中。对工位转换移动工作台的位置控制环节建立了等效数学模型,通过Matlab&Simulink软件建立了基于变论域模糊PID算法的移动工作台位置控制系统模型并进行了仿真验证。结果表明使用变论域模糊PID控制的系统具有良好的动、静态性能,在响应速度、稳态调节时间以及稳态精度等方面具有更好的优越性。文章主要进行以下几方面的研究:首先,根据锻压加工的工艺流程、加工特点和企业生产要求,设计了螺母热锻自动生产线整体方案。整体方案包括单机多工位热锻机及其自动上料、下料装置,金属棒料自动加工机械,可以完成螺母从金属棒料的解捆、切割下料、加热、锻压成型工序的自动化生产。该螺母热锻自动化生产线方案采用模块化设计,具有高效、柔性化的特点。根据整体方案对单机多工位锻压机自动化输送装置进行了总体设计,同时对工位转换移动工作台进行了设计,并利用solidworks软件进行了建模。然后,根据工位转换移动工作台位置控制环节的组成特征,采用了三闭环反馈的控制原理,建立了位置控制系统及丝杠传动系统等效数学模型,同时对整个移动工作台位置控制系统模型进行了简化并计算,最终得到移动工作台整体系统传递函数。最后,根据工位转换移动工作台控制系统要求和控制特性,提出基于变论域模糊PID的移动工作台位置控制算法。在模糊pid控制的基础上加入变论域模块,使模糊控制的论域随系统条件变化而调整,最终整定出满足系统控制要求的pid参数。通过MATLAB/Simulink软件,建立了基于变论域模糊PID算法的移动工作台位置控制系统模型并进行了仿真验证。仿真结果显示,位置控制系统采用变论域模糊PID控制算法,提高了系统的响应速度、降低了系统的稳态调节时间,同时减少了系统的稳态误差,系统控制效果更优,适合在复杂的非线性耦合控制系统中使用。文章提出的基于变论域模糊PID位置控制算法的螺母锻压自动化工位转换移动工作台控制系统具有较好的创新性,同时具有较强的理论研究意义与工程应用价值。

关键词：螺母锻压自动生产线位置控制系统变论域模糊PID

多区域互联高渗透率光伏混合发电系统的频率控制策略研究

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多区域互联高渗透率光伏混合发电系统的频率控制策略研究

作者：张鑫河南理工大学

学位级别：硕士

近年来光伏发电占比量不断增加。随着光伏发电渗透率的提高,电网调频能力不断下降。此外用户对电能质量和供电可靠性的需求使得高渗透率混合电力系统逐渐由集中式大型电网向区域互联式电力系统转变。因此研究多区域互联高渗透率光伏并... 详细信息

近年来光伏发电占比量不断增加。随着光伏发电渗透率的提高,电网调频能力不断下降。此外用户对电能质量和供电可靠性的需求使得高渗透率混合电力系统逐渐由集中式大型电网向区域互联式电力系统转变。因此研究多区域互联高渗透率光伏并网时电网的调频策略与方法,提升电网频率控制的快速性和稳定性是十分必要的。针对多区域互联光伏混合发电系统频率不稳定,且pid、模糊逻辑、模糊pid等传统方法不能兼顾控制速度与稳定性的问题,本文提出一种基于鲸鱼捕食算法的变论域模糊PID负荷频率控制策略,可以有效提高系统电能频率控制效果,具有更快的控制速度和更小的稳态误差。具体研究内容如下:首先建立了直流全耦合的四区域互联高渗透率光伏混合发电系统模型。综述了多区域互联高渗透率光伏混合发电系统频率控制面临的问题和电力系统频率控制技术研究现状,对其中负荷频率控制(load frequency control,LFC)技术概念进行介绍。对光伏混合火力发电系统的基本组成进行分析并线性化处理,利用Simulink平台搭建单区域互联光伏混合发电系统模型,又以多区域互联高渗透率光伏混合发电系统状态空间模型为基础,搭建直流全耦合的四区域互联高渗透率光伏混合发电系统模型。其次以直流全耦合的四区域互联高渗透率光伏混合发电系统模型为控制对象进行频率控制策略研究。本文介绍了三大类LFC控制算法,并以pid法、模糊逻辑法和模糊pid法为代表进行了研究,通过Simulink搭建具有LFC控制模块的四区域互联高渗透率光伏混合发电系统模型,得出相应的输出电流频率仿真波形,并对其进行分析和评价。最后,基于对三大类LFC算法的优缺点分析,尤其是传统方法控制速度较慢与超调量较大的劣势,提出基于鲸鱼捕食算法的变论域模糊PID负荷频率控制策略。为了验证该策略,通过Simulink搭建仿真模型,并与pid、模糊逻辑、模糊pid进行对比分析,证实了所提控制策略具有更短的稳定时间与更小的稳态误差,具有一定的优越性、有效性。本文共含图片72张,表格9个,参考文献77篇。

关键词：光伏并网频率控制 LFC控制算法变论域模糊PID