基于PCS7的控压钻井控制系统设计与开发
这是一篇关于PCS7,控压钻井,控制系统设计,模糊控制,模糊PID控制的论文, 主要内容为随着油气资源日益枯竭,石油勘探开采的难度越来越大,常规钻井技术已经难以满足复杂地层下高效钻井的要求,而控压钻井技术却能有效解决这一问题。因此,本文基于PCS7设计开发一套控压钻井控制系统,并对其高级控制技术进行研究和应用。(1)控压钻井控制系统的总体方案设计。在控压钻井技术原理的基础上,分析控压钻井的工艺流程及技术特点,设计控制系统的总体方案,提出整体设计思路,为后续软硬件设计奠定基础。(2)控压钻井控制系统的硬件设计。分析硬件各部分组成及功能;以控制方案为基础,设计管道仪表流程图;在满足工艺和控制的要求下,对自控仪表设备选型,并设计各I/O节点及其信号类型;通过ET200M解决PLC与现场仪表间的信号远传问题;采用硬冗余方式加强系统的安全性。最终设计出安全稳定的控压钻井硬件系统。(3)控压钻井控制系统的软件设计。以PCS7为软件开发平台,在Step7中进行硬件组态;根据P&ID图使用CFC搭建井口回压、微流量、立压控制回路;使用SFC和SCL编写正常钻进、接单根、起/下钻等钻进模式程序;采用调整控制模式的方法处理井漏溢流工况;在WinCC中设计上位机流程画面;在OPC协议的基础上建立与水力参数软件间的数据传输。(4)控压钻井系统高级控制算法研究。控压钻井对象具有非线性等特点,传统控制算法难以满足控制要求,在基于Matlab对模糊控制、模糊PID控制仿真研究的基础上,在PCS7中通过离线查询模糊控制查询表的方法,设计井口回压模糊控制器、模糊PID控制器。实验结果表明,相对其他传统控制算法模糊PID具有较好的控制效果。(5)系统实验及结果分析。对系统进行实验研究,分析实验结果,实验结果表明系统能够有效完成控压钻井的任务,保证钻井过程安全和高效性。总体来说,本文设计与开发出了一套控压钻井控制系统,并研究了高级控制算法在控压钻井系统中的应用,该系统能够有效地解决窄密度窗口下的安全钻井问题,对控压钻井技术的控制系统方面的研究提供了一定的参考价值。
某型号导弹位标器异形线圈专用绕线机控制系统的设计
这是一篇关于位标器线圈,磁滞制动器,绕排线控制算法,张力控制,模糊PID控制的论文, 主要内容为位标器是导弹导引头重要部件,在导弹自动寻找目标、跟踪目标与制导时起到关键作用。位标器线圈是位标器中重要的部件之一,包含基准线圈、调制线圈、φ角线圈、稳速线圈与进动线圈等线圈组件,这些线圈的绕制质量很大程度上决定了位标器的综合性能。目前大部分位标器线圈的绕制还是依靠手工绕制,存在绕制时间长、工作效率低,成品率低等问题。位标器线圈需要特殊的绕线工艺,常规的绕线设备难以绕制这种异形线圈,为此,设计并研制了一套位标器线圈专用的绕线系统,用于绕制位标器上对工艺要求较高的进动线圈与φ角线圈。本文首先设计了绕线系统的总体方案,把系统划分为绕排线系统、张力控制系统与电子控制系统。其中,绕排线系统完成绕线与排线功能;张力控制系统用于稳定漆包线张力;电子控制系统实现绕线的自动化。然后,具体设计了绕排线系统的机械结构与绕排线控制算法。并提出了一种基于绕线角度的排线控制算法,该算法可通过排线方程与过渡方程表达复杂的绕线工艺。接着,针对传统张力控制系统的非线性特性为制定有效的张力控制策略带来的困难,设计出一种角度传感器与磁滞制动器相结合的张力控制系统机械结构。该设计一方面使得角度传感器能够实现线性度很好的张力测量,省去了高成本的张力传感器,简化了机械结构;另一方面利于建立起基于磁滞制动器的张力控制线性数学模型,进而易于张力控制算法的设计;针对模型开环张力控制效果差的问题,设计了利用摩擦系数整定PID参数的模糊控制PID算法;软件仿真结果验证了该算法具有较好的控制效果。最后设计了电子控制系统,包括以STM32芯片为核心的硬件电路、绕排线控制程序、张力控制程序以及上位机GUI程序。为验证设计的实际效果,研制了一台位标器线圈绕线系统样机,对样机进行了测量校准、性能检测以及实际绕线效果的检验。结果表明,在绕制规则线圈部分时,取得了较好的绕线效果,而绕制不规则线圈时,由于绕线难度大,仍需要一定的人工调整。与传统的手工绕制方式相比,实现了大部分绕线的自动化,缩短了绕制时间,提高了线圈质量。通过进一步深入研究,有望实现全自动化。
自适应智能温控床垫控制系统的研究
这是一篇关于智能温控床垫,分区分段控制,模糊PID控制,人体热舒适,STM32的论文, 主要内容为随着生活质量的日益提高,人们越来越重视睡眠的健康问题,依靠自动化技术和信息化技术来打造舒适健康的睡眠环境成为当下热点。在睡眠环境中,床垫温度的改变对人体热舒适的影响显著,现有的温控床垫在一定程度上满足了人们在不同季节对温度调节的需求,但难以实现对不同区域温度的精准调控,存在温度变化响应慢、睡眠周期设置不科学、控制单一化等问题。因此为了满足当下的睡眠需求,亟需一种更为安全、可靠、稳定、智能的温控床垫来代替传统温控床垫。本课题结合睡眠结构和人体温度变化机理,设计出一款自适应智能温控床垫,以提高人体的睡眠舒适度。主要研究内容如下:1.温控床垫的布置与功能设计。针对睡眠各阶段人体温度变化趋势以及各区域温度变化差异的情况,结合人体睡眠特性,提出一种床垫分区分段的控温方案。包括对温控床垫和温控装置两部分的设计,其中床垫以腰背、臀股和腿足三个主要区域进行分区,并按照人体比例铺设水管,而温控装置的设计包含对主控制器以及各区加热/制冷等器件的布置和总体外观的设计。2.针对现有温控床垫存在的集成化程度低、拓展能力不足等问题,提出一种基于STM32F103RBT6微处理器的温控床垫系统。充分考虑温控系统在控制精度、响应速度等方面的需求,对制冷片和加热管等器件进行了选型,使之具备良好的温控特性。硬件电路以STM32为核心,设计了主控电路、驱动电路、保护电路、温度采集电路、触控电路等。3.为方便程序的移植、调用和调试,设计了一种模块化和结构化的温控床垫系统软件。系统在MDK5环境下实现了对温控床垫各区域按睡眠前、中、后三时段的调温过程程序设计,以及对安全监测、环境温度采集、手机APP、个性化模式等功能的子程序进行设计。4.温控系统的模型建立及算法。针对温控系统具有大惯性、纯滞后性的特点,提出了应用模糊PID算法的温度控制研究方法,建立了温控床垫系统模型,提高了温度控制的精度。针对温控系统水管层与人-床界面层存在温差的现象,建立了床垫热损失计算模型,为系统温度控制提供温度补偿。5.实际环境下的测试。对温控床垫分别进行冬、夏两季测试并结合客观的生理参数变化和问卷调查的主观评价方法,验证温控床垫在不同环境温度下温度控制的精确性和稳定性以及使用者对温控床垫的热舒适满意程度。实验表明温控床垫系统可以提高睡眠的热舒适水平和睡眠质量,控制的精度和性能符合预期要求。本课题设计的温控床垫现已交付给企业组织生产,并进行市场推广。
工程机械液压势能再生系统能效及控制策略研究
这是一篇关于液压系统,势能,再生能源系统,可再生能源,模糊PID控制的论文, 主要内容为液压势能再生是液压挖掘机、汽车起重机、液压叉车等工程装备的首选液压节能技术,但是面向复杂的工程应用条件,传统的液压势能再生系统(HRPES)存在体积庞大、成本昂贵、回路复杂、转换环节多等诸多不足,是制约液压势能再生技术应用前景的关键因素。在本文中,考虑到空间和成本限制、低回收压力和液压回路干扰等问题,为了能够最大化的再生利用动臂下落的重力势能,以蓄能器、增压缸和组合式辅助缸作为关键部件,提出并设计了四种不同类型的新型HRPES。基于1.7吨液压挖掘机的试验平台,搭建了四种新型HRPES的仿真模型。在相同工况条件下,通过半实验半仿真的研究方式,对HRPES的能量回收与再利用过程进行了深入的分析和讨论。最后,为了让系统在能量回收与能量释放阶段既能保持能量回收高效,又能保证系统的工作性能与普通系统相似,结合所设计的HRPESs与挖掘机的特殊工作特性,通过在AMESim与Simulink的联合仿真平台上采用传统PID与模糊PID控制方法,从节能和可控的角度研究了四种新型HRPES的能量管理和控制策略。本文的主要研究内容如下:(1)针对当前研究难点,本文提出并设计了四种新型HRPES液压回路,并对能量回收和再利用的工作过程进行了分析和研究。同时还建立了 HRPES中主要液压元件的数学模型。(3)在AMESim中建立了无液压势能再生模块系统(No-HRPES)、液压势能再生系统-Ⅰ(HRPES-Ⅰ)、液压势能再生系统-Ⅱ(HRPES-II)、液压势能再生系统-Ⅲ(HRPES-Ⅲ)和液压势能再生系统-Ⅳ(HRPES-Ⅳ)的仿真模型,并根据SWE17-ED的规格参数为仿真模型的参数匹配提供依据。(4)建立了基于SWE-17ED的试验平台,初步验证了 No-HRPES仿真模型的可靠性。在此基础上对新设计的四种HRPES的可行性和可靠性加以验证。同时,测试样机的能耗以及运动特性也为新设计的液压回路的节能性提供了试验依据。(5)根据能量分析,HRPES-I～HRPES-IV的节能效率分别为16.02%、22.84%、21.95%和27.15%,其再生效率为54.43%、57.76%、53.55%和57.97%。根据能效分析结果得知,带蓄能器、增压缸、辅助缸的HRPES都能在一定程度上达到节能的效果。并且集增压缸、蓄能器和辅助缸于一体的HRPES-IV的节能效果最好,可直接应用于工程机械或作为节能工程机械液压系统设计的参考。最后,本文还进行了主要液压元件的能量损失分析。(6)为了提高系统的工作性能,本文结合所设计的HRPES与挖掘机的特殊工作特性,从节能和可控的角度研究了 HRPES-I～HRPES-IV的能量管理和控制策略。通过在AMESim与Simulink的联合仿真平台上建立带有PID和模糊PID控制算法的HRPES-I～HRPES-IV的系统模型,对系统液压阀阀口开度大小进行控制。结果表明,模糊PID控制是集原始系统与传统PID控制系统优点于一体的控制策略,这也反映出了模糊PD控制系统在本方案中的可行性。
基于PCS7的控压钻井控制系统设计与开发
这是一篇关于PCS7,控压钻井,控制系统设计,模糊控制,模糊PID控制的论文, 主要内容为随着油气资源日益枯竭,石油勘探开采的难度越来越大,常规钻井技术已经难以满足复杂地层下高效钻井的要求,而控压钻井技术却能有效解决这一问题。因此,本文基于PCS7设计开发一套控压钻井控制系统,并对其高级控制技术进行研究和应用。(1)控压钻井控制系统的总体方案设计。在控压钻井技术原理的基础上,分析控压钻井的工艺流程及技术特点,设计控制系统的总体方案,提出整体设计思路,为后续软硬件设计奠定基础。(2)控压钻井控制系统的硬件设计。分析硬件各部分组成及功能;以控制方案为基础,设计管道仪表流程图;在满足工艺和控制的要求下,对自控仪表设备选型,并设计各I/O节点及其信号类型;通过ET200M解决PLC与现场仪表间的信号远传问题;采用硬冗余方式加强系统的安全性。最终设计出安全稳定的控压钻井硬件系统。(3)控压钻井控制系统的软件设计。以PCS7为软件开发平台,在Step7中进行硬件组态;根据P&ID图使用CFC搭建井口回压、微流量、立压控制回路;使用SFC和SCL编写正常钻进、接单根、起/下钻等钻进模式程序;采用调整控制模式的方法处理井漏溢流工况;在WinCC中设计上位机流程画面;在OPC协议的基础上建立与水力参数软件间的数据传输。(4)控压钻井系统高级控制算法研究。控压钻井对象具有非线性等特点,传统控制算法难以满足控制要求,在基于Matlab对模糊控制、模糊PID控制仿真研究的基础上,在PCS7中通过离线查询模糊控制查询表的方法,设计井口回压模糊控制器、模糊PID控制器。实验结果表明,相对其他传统控制算法模糊PID具有较好的控制效果。(5)系统实验及结果分析。对系统进行实验研究,分析实验结果,实验结果表明系统能够有效完成控压钻井的任务,保证钻井过程安全和高效性。总体来说,本文设计与开发出了一套控压钻井控制系统,并研究了高级控制算法在控压钻井系统中的应用,该系统能够有效地解决窄密度窗口下的安全钻井问题,对控压钻井技术的控制系统方面的研究提供了一定的参考价值。
变距取苗机构及控制系统的设计与试验
这是一篇关于自动移栽机,变距取苗机构,模糊PID控制,BP神经网络,取苗试验的论文, 主要内容为番茄是新疆地区的特色优势产业,为保证同品种番茄在采摘期间能够大批量集中成熟,在种植上已基本完成育苗移栽技术的推广,因此穴盘苗的机械化移栽技术对促进新疆地区番茄种植产业的发展具有显著作用。但新疆地区目前的移栽作业主要依靠半自动移栽机,需要人工送苗且有伤苗漏苗现象、人力成本高、工作效率低,严重制约了新疆地区番茄种植产业的长远发展。因此,自动移栽机成为新疆地区实现移栽种植规模化的关键,其中自动移栽机的移栽质量、效率与稳定性则取决于取苗机构的性能。为此本文设计了一种变距取苗机构及其控制系统,主要研究内容如下:(1)变距取苗机构的结构设计与关键部件的参数优化。首先对新疆地区现有的穴盘规格、钵苗基质的力学特性与不同类型的取苗机构做了分析总结。根据工作原理设计变距取苗机构,对其关键部件取苗机械手进行运动学分析以建立数学模型、优化目标函数与约束条件,利用PSO-SA算法求解得到优化参数后通过ADAMS软件完成运动学仿真分析,仿真结果表明取苗机械手经过优化后满足取投苗作业的需求。(2)PSO-BP模糊PID控制策略的设计与仿真。通过模糊PID控制算法对变距取苗机构的取投苗动作进行控制,确定控制系统的结构与工作原理,并通过选型计算与分析建模建立控制系统的数学模型与传递函数。由于传统PID控制策略存在稳定性不高、响应速度较慢等问题,利用PSO-BP模糊PID对控制策略的参数进行在线调整,以满足控制过程中对相应参数的需求。建立仿真模型并进行控制系统仿真分析,控制目标为阶跃信号的跟踪,通过对阶跃响应曲线的分析可知相较于传统PID控制策略,PSO-BP模糊PID控制策略的系统稳定性更好、响应速度更快、具有良好的鲁棒性,仿真结果验证了控制系统的可行性,满足变距取苗机构的高精度、快速稳定控制需求。(3)变距取苗机构控制系统设计与试验平台搭建。针对变距取苗机构的控制需求,选择以单片机为下位机、PC为上位机分别完成系统控制与数据处理。完成控制系统各硬件的选型,并以此为基础完成了硬件控制电路接线图。完成上位机与下位机软件设计,具体内容包括主程序的设计,利用Qt完成控制系统的交互界面与数据通信协议设计,利用Keil u Vision5软件完成硬件的驱动、数据的采集与交换功能设计。最后完成机构样机的制造与试验平台的搭建,在此基础上对128穴规格的苗盘进行三因素三水平正交试验,试验因素分别为取苗频率、插入钵体深度与基质含水率,验证试验的结果表明该机构能较好的完成取投苗作业,总体表现符合预期目标,满足实际移栽作业的需求。
草莓温室大棚智能监控系统的研发
这是一篇关于草莓种植,温室大棚,物联网,模糊PID控制,智能监控的论文, 主要内容为传统的草莓温室大棚种植通常利用人工采集环境参数的方式,果农依靠自己的经验对温室大棚环境参数进行手动调节。人工采集方式不仅工作效率低,而且无法保证数据的实时性,直接影响了草莓的产量和品质,大大制约了我国温室大棚技术的发展。近年来,随着网络通讯技术的飞速发展,我国的农业信息化得到了全面推进,物联网技术在农业方面得到了广泛的应用,实现了农业信息数据的全面感知、可靠传送和智能处理,使得远程智能控制温室大棚变成了现实。但我国温室大棚智能监控系统与发达国家相比,尚存在一定的差距,一方面是因为温室大棚监控系统的引进成本较高,导致系统配套设施不完善;另一方面是系统操作繁琐,制约了温室大棚监控系统产业化发展。针对以上问题,本文将物联网技术、模糊PID控制引入到草莓温室大棚环境监控系统中,从低成本、精准控制、操作简便等方面入手,实现草莓温室大棚的智能监控。本文所做的主要贡献体现在以下几点:(1)根据系统设计需求进行了系统的整体设计,结合草莓温室大棚的环境特点,把草莓温室大棚环境监控系统分为物联网感知层、物联网网络层以及物联网应用层三个层次,并分别对物联网的三层体系结构进行了相关理论和关键技术介绍,构建硬件架构。根据硬件采集系统的需求进行了软件设计,考虑到系统的功耗问题,设计了传感器节点休眠模式程序,节能效果明显,满足了系统的节能需求。(2)针对草莓温室大棚强耦合、非线性和滞后性的特点,本文将模糊控制算法与PID控制结合后运用到系统的控制模块,将温室大棚整个监控系统作为被控对象在MATLAB上进行仿真,并对比了几种其他的算法,得到了较为理想的结果,达到了预期的目标。(3)基于Visual Studio.NET2010,采用C#语言开发上位机软件,用于在上位机实时显示环境信息及设备的运行状态并控制设备的开关。采用SSH2架构、MySQL数据库开发了基于Web端的草莓温室大棚环境监控系统软件,实现了环境参数数据的存储、查询、分析及后台数据管理。草莓温室大棚环境监控系统通过在实验室、温室环境下的调试运行,充分体现了系统的稳定性、可靠性、价格低廉等特点,同时对于其他温室大棚作物的种植也具有较高的参考价值,因此本系统具有较高的经济效益和推广价值。
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