泵类负载电动机水压双闭环控制方案研究8

11欲得到本设计全部说明书联系QQ229780692唐山学院毕业设计设计题目：泵类负载电动机水压双闭环控制方案研究系别：机电系班级：10级机电一体化姓名：指导教师：2012年11月3日题目泵类负载电动机水压双闭环控制方案研究专业机电一体化班级2010级学生姓名承担指导任务单位导师姓名导师职称高级工程师一、毕业设计内容介绍了泵类负载电动机水压双闭环控制系统设计。根据供水系统的现状，对常用的几种节能方案进行了比较，提出了串级调速的节能方案，分析了串级调速的原理，系统的调速特性，确定了微机水压转速双闭环控制的方案。二、基本要求1.完成泵类负载电动机水压转速双闭环总体方案设计；2.完成微机水压转速双闭环控制的系统结构设计、水压外环闭环模糊PID控制设计、转速内环闭环自适应PID控制设计、电流单闭环PI控制设计；3.水泵串级调速系统(主电路)硬件选型设计，控制系统的软件编程设计；三、设计组成：说明书22页四、应收集的资料及参考文献：[1]刘竞成主编交流调速系统上海交通大学出版社1987.5[2]林启华泵与风机的变速节能水利水电出版社1986.5[3]苏彦民、李宏交流调速系统的控制策略机械工业出版社1998.6[4]杨兴瑶编著电动机调速的原理与系统水利电力出版社[5]陈伯时主编电力拖动自动控制系统第二版机械工业出版社[6]工程建设标准规范分类汇编电气设计规范中国建设工业出版社[7]符曦编著系统最优化及控制机械工业出版社[8]常健生主编检测与转换技术机械工业出版社[9]陈伯时主编电力拖动自动控制系统第二版机械工业出版社[10]陈际达著线性控制系统中南工业大学出版社五、进度计划：2012年9月2日：进行毕业设计指导，组织学员选择设计题目。2012年9月2日—10日：审定学员毕业设计大纲，发放毕业设计任务书。2012年9月11日—17日：审查学员毕业设计开题报告，开始撰写毕业设计。2012年9月18日—10月6日：学员组织材料，撰写初稿。2012年10月7日—14日：审查初稿，指导学员修改论文。2012年10月15日—20日：进行二次论文修改指导、定稿。2012年10月21日—25日：审订论文格式，告知打印一式两份。2012年10月26日—11月3日：最终定稿，告知准备论文答辩。教研组主任签字时间年月日唐山学院毕业设计开题报告题目泵类负载电动机水压双闭环控制方案研究专业机电一体化班级2010级学生姓名一、文献综述1.电动机的节能必要我国的电动机用电量占全国发电量的70％～80％，风机、水泵设备年耗电量占全国电力消耗的1/3。造成这种状况的主要原因是：由于风机、水泵类大多为平方转矩负载，轴功率与转速成立方关系，所以当风机、水泵转速下降时，消耗的功率也大大下降，因此节能潜力非常大。风机水泵类负载是典型的变转距负载，即风量与转速成正比，转距或风压与转速平方成正比，轴功率与转速立方成正比，故在低速运行时，负载转距非常小。通常风机水泵类负载多是根据满负荷工作需用量来选型，实际应用中大部分时间并非工作于满负荷状态，当采用电机直接方式，由于转速无法调节，常用挡风板、阀门来调节风量或流量，这样不仅造成能源的浪费而且由于过大的启动电流造成电网冲击和设备的震动和水锤现象。2.微机水压转速双闭环控制系统的总体设计根据掌握的调查情况，针对现在各种水压调节系统的不足，对装置进行了系统的整体设计，使用高可靠性的工业级智能微机控制系统，在进行调速时对功率因数进行有效的控制。在硬件和软件设计上，强调系统的可靠性、抗干扰能力及检测和控制精度。在系统硬件的设计上，采用驱动电路模块化设计技术和利用计算机辅助技术对硬件电路进行优化;在软件设计上，提出了大双环综合控制、转速大内环控制参数自适应PID算法、电流内环单神经元PI控制、水压大外环模糊PID控制算法，逆变器的不对称控制改善功率因数算法，提高了系统的控制精度和可靠性。（1）水泵串级调速系统(主电路)组成为提高静态调速精度和动态特性，采用反馈控制方式。由于本系统需对速度进行调节达到控制水泵出水压力的目的，可以按水泵转速和出口管道水压力实行双闭环控制。设置水泵转速控制为内环，转速反馈信号取自与异步电动机机械联接的测速发电机。设置水压控制为外环，出水压力信号取自水泵出水口处压力传感器的输出信号。1）控制器硬件该控制器主要由16位工业用单片机、存储器与I/0接口、电量测量、温度检测、执行机构、键盘/显示器、通讯模块等电路组成。①单片机:控制器采用高性能价格比的16位工业用单片机。它具有高效指令系统。八通道十位A/D，脉宽调制PWM(D/A)，高速输入/输出(HIS/HSO)，监视定时器WDT和四个软件定时器ST等特点。单片机是整个控制器的核心。协调各个功能模块，保证整个装置的正常运行。②存储器与I/0接口:控制器扩展了一片EPROM27128用于存放程序和表格，一片8255增加并行口，还有一片2EPROM用于存放数据。一片“看门狗”芯片，提高系统的可靠性。③系统参数测量电路:包括电流、电压、水压、温度等的检测回路，电信号经整定直接送入单片机的A/D通道口。交流频率信号经整形变成方波信号后，送入HSI，由单片机倍频，获得高精度的频率检测和功率因数值。④执行机构:由单片机给出执行信号，经过光电隔离、功率放大等电路控制触发回路，从而控制主回路中晶闸管模块的工作。⑤键盘/显示:用于参数的整定和显示数据的切换。显示器采用宽温型点阵液晶显示器，用于运行数据的显示。（2）控制系统的软件设计为了便于程序开发、运行、维护和管理，软件系统采用模块化方式设计。程序主要包括系统初始化、装置自检、系统设定、通讯检测、高精度信号采样、数值处理和计算以及智能控制运算等功能模块组成。①系统初始化系统初始化包括:CPU内部寄存器、堆栈的初始化，高速输入输出口、定时器的初始化，系统RAM区的初始化，外围各个芯片的初始化，以及出口继电器驱动信号复归等。②系统自检系统自检包括:程序存储区EPROM自检，系统RAM区自检，通讯RAM区自检，EZPROM定值区自检，和出口继电器驱动回路自检等。如果自检时发现故障，装置面板上的液晶屏将给出系统提示，指明故障位置，CPU停机，等待系统故障排除后的再次启动。③系统设定系统设定包括系统控制器名称、地址、水压给定值、电机的特征参数、电流电压变化、温度安全区、电压电流安全区、通讯协议等一系列定值的设定。④系统采样系统采样主要包括高精度水压、速度、电流电压、温度和频度采样等。控制器利用微处理器自身的高速输入口，用一个高频计数器对输入波形的上升沿计数，通过倍频技术，提高采样精度，使分辨率达到了104赫兹，准确计算系统的转速功率因数。温度则通过温度传感器AD590直接检测。⑤数值处理和计算数值处理包括数据的软件滤波、线性处理和数据的存取控制等。数值计算主要包括根据转速的计算、相位差角计算功率因数，温度的非线性补偿，以及有功功率、无功功率和其它参数的计算及处理。3.本设计的特点本设计方案简洁、明亮、大方，在满足使用要求前提下尽量选择合理、合适的材料、设计方法，以期待减小企业购买以及使用过程中的成本，达到较佳的经济效益。谈到经济效益，即有设计和制造的经济效益，也有使用中的经济效益。如果结构方案比较复杂，那设计及制造费用就高，但使用中的费用就偏低。如果结构方案简单，则设计及制造中的费用低，而使用中的费用偏高。唐山学院毕业设计评语及成绩学生姓名专业机电一体化班级2010级学号毕业设计题目泵类负载电动机水压双闭环控制方案研究指导教师姓名指导教师职称高级工程师指导教师评语：论文设计方案合理、简洁，在满足使用的前提下，从材料选择，到设计方法，处处体现了节约节约、降低成本，降低消耗的设计理念，为企业提高了经济效益。专家评语：签字：年月日答辩小组意见：答辩小组组长签字：年月日成绩：院长（主任）签字：年月日目录77目录摘要......................................................................................................................................................................11绪论...................................................................................................................................错误!未定义书签。1.1电动机的节能必要................................................................................................错误!未定义书签。1.2泵类负载节能调速的现状与发展.........................................................................错误!未定义书签。1.3水泵性能及调速原理............................................................................................错误!未定义书签。2串级调速系统的原理及特性...........................................................................................错误!未定义书签。2.1串级调速系统的工作原理....................................................................................错误!未定义书签。2.2串级调速系统的特性............................................................................................错误!未定义书签。3微机水压转速双闭环控制系统的研究...........................................................................错误!未定义书签。3.1对水泵调速系统的技术要求................................................................................错误!未定义书签。3.2微机水压转速双闭环控制系统的总体设计........................................................错误!未定义书签。3.3微机水压转速双闭环控制的系统结构.................................................................错误!未定义书签。3.4微机水压转速双闭环控制的动态结构.................................................................错误!未定义书签。4微机水压转速双闭环控制系统的控制策略...................................................................错误!未定义书签。4.1水压外环闭环模糊PID控制.................................................................................错误!未定义书签。4.2转速内环闭环自适应PID控制.............................................................................错误!未定