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基于模糊PID电子束单晶熔炉控制系统的设计与应用

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文摘

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第一章绪论

1.1高纯金属材料的应用及其战略意义

1.2国内外技术状况

1.2.1国内技术状况

1.2.2国外技术状况

1.3电子束熔炉及其应用领域

1.4模糊控制的研究进展

1.5本研究的意义和存在的难题

第二章电子束单晶熔炉的工作原理和组成

2.1电子束熔炉工作原理和炉子内部的反应

2.1.1电子束熔炉的工作原理

2.1.2电子束熔炼时炉内的反应

2.2电子束熔炼炉的组成

2.2.1电子枪的种类

2.2.2熔炉的构成

2.2.3电子束电源系统

2.3电子束熔炉的高压电源的分析与设计

2.3.1本系统对高压电源的要求和特点

2.3.2高压电源主电路的设计

2.3.3高压电源控制电路

2.4提高高压电源性能的具体措施

第三章模糊PID控制的原理

3.1 PID控制算法的理论基础

3.1.1 PID控制器的基本原理

3.1.2数字PID控制算法

3.1.3 PID参数整定方法

3.1.4 PID控制的特点

3.2模糊控制算法的理论基础

3.2.1模糊控制器的工作原理

3.2.2模糊控制器的特点

3.3模糊PID控制器

3.3.1模糊PID控制器的结构

3.3.2模糊PID控制器的基本形式

3.3.3模糊PID控制器的设计步骤

第四章系统下位机的硬件和软件设计

4.1 PLC控制技术的先进性

4.2控制系统的硬件组成

4.2.1控制系统的各级子系统

4.2.2各系统模块的主要功能

4.2.3 PLC硬件的构成

4.3下位机程序控制软件设计

4.3.1 PLC的基本工作原理及系统设计原则

4.3.2应用SIEMENS STEP7-Micro/WIN32的PLC程序设计综述

第五章系统上位机的硬件和软件设计

5.1上位计算机的硬件配置

5.2上位计算机的软件设计

5.2.1监控软件的选择和设计

5.2.2上位机监控软件的设计

5.2.3用VB扩展组态王的功能

第六章模糊PID在控制系统中的应用及MATLAB仿真

6.1数学模型的建立

6.1.1整流电路的传递函数

6.1.2电抗器和升压变压器串联环节的传递函数

6.1.3升压变压器环节和不可控整流环节的传递函数

6.1.4滤波电路和保护电路的传递函数

6.2模糊PID控制器的设计

6.2.1输入和输出参量的选择

6.2.2 PID参数模糊调整规则

6.2.3模糊控制器维数的确定

6.2.4模糊语言变量的选择

6.2.5论域等级的确定

6.2.6隶属函数的确定

6.2.7模糊规则的建立

6.2.8模糊推理算法的选择

6.2.9解模糊化方法的确定

6.2.10比例因子和量化因子的确定

6.2.11模糊决策表的生成

6.2.12模糊PID算法的实现

6.3系统仿真

6.3.1仿真软件介绍

6.3.2常规PID和模糊PID控制仿真

第七章结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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摘要

本论文是以西北有色金属研究院难熔金属研究所的20KW电子束单晶熔炉改造项目为研究对象。介绍了难熔金属材料的应用及其战略意义,从而引出了电子束单晶熔炉的控制方案,在此基础上分析了电子束单晶熔炉控制存在的主要困难是高压电源的控制,在原来高压电源系统的基础上进行了改进,并且提出了新的控制方案,采用模糊PID控制高压电源,从而达到工程的实际要求。 论文所做的主要工作和成果包括以下几个方面:1.从难熔金属的需求和战略意义角度来提出电子束单晶熔炉的要求,介绍了电子束单晶熔炉的工作原理,其中包括炉子内部的反应、电子枪的分类、电子束电源系统、基本工艺参数等。 2.介绍了模糊PID控制的原理。首先介绍了常规PID控制原理、数字式PID控制算法并且分析了比例系数、积分环节系数和微分环节系数对系统的影响;常规PID参数的整定方法等。然后着重介绍了模糊PID算法,包括模糊控制器的工作原理和模糊控制器的特点。最后介绍了模糊PID控制器,包括模糊PID控制器结构与基本形式和模糊PID控制器设计的基本步骤。 3.设计了系统下位机硬件和软件。首先简单介绍了PLC控制技术的先进性;然后设计了控制系统的硬件,包括控制系统的各级子系统、各系统模块的主要功能、PLC硬件的构成及其完成的功能等;接着根据工程的需要设计了下位机程序控制软件,包括各个控制部分的子程序和流程图。 4.设计了系统上位机硬件和软件。包括上位机的硬件设计和软件设计,软件部分包括:监控软件的选择、上位机监控软件的设计、用VB扩展组态王功能等。 5.模糊PID在控制系统中的应用及MATLAB仿真。首先是数学模型的建立,推导出各个部分的传递函数。然后是模糊PID控制器的设计,包括输入和输出参量的选择、PID参数模糊调整规则、模糊控制器维数的确定、模糊语言变量的选择、论域等级的确定、隶属函数的确定、模糊规则的建立、模糊推理方法的选择、解模糊化方法的选择、比例因子和量化因子的确定、模糊决策表的生成和模糊PID算法的实现等;最后是MATLAB仿真,仿真包括两个部分,常规PID控制和模糊PID控制,常规PID控制曲线不平稳,系统过渡时间较长,上升时间较长,系统控制品质较差。而模糊PID控制的响应输出较快,过渡时间较短,超调量大幅度减小,误差响应快。说明模糊PID控制能够满足控制要求,输出能很快跟踪输入变化,是一种较好的控制方法。 现场的调试和运行结果表明,按照上述设计的模糊PID控制器具有较强的自适应能力,从生产效果来看,控制效果好,提高了生产效率。

著录项

  • 作者

    王言前;

  • 作者单位

    陕西科技大学;

  • 授予单位 陕西科技大学;
  • 学科 控制理论与控制工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 张根宝,于大元;
  • 年度 2005
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 TP273.4;
  • 关键词

    电子束单晶熔炉; 高压电源; PLC; 模糊PID; MATLAB;

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