中央空调群控系统设计与实现
这是一篇关于中央空调,负荷预测,群控优化,控制系统设计的论文, 主要内容为中央空调系统在日常生产生活中应用广泛,据统计数据显示,中央空调系统的能耗通常占大型建筑总能耗的30%-50%,因此,中央空调的节能具有较大的经济效益。常规中央空调系统采用的控制方法大多只是将室内的气候指标稳定在设定值,而未考虑节能。部分包含了节能控制的系统,一般采用局部节能算法,这类算法无法完美应对系统运行时出现的复杂干扰,存在用户体验降低,总体优化效果不佳的问题。因此,群控算法的引入非常有必要,为了设计出适用于主流中央空调系统的群控系统,本文做了以下研究:(1)中央空调系统的控制量输入与其提供的冷负荷之间存在着较大滞后,使用当前负荷为依据时控制效果不佳,需要进行负荷预测以得到尽可能实时的负荷需求,为此本文选取了三种在空调负荷预测中常用的预测方法:三次指数平滑法、BP神经网络、支持向量回归(SVR),利用Matlab编写程序,考察这三种方法在同组数据下的预测效果,并对结果从快速性、准确性、实用性、可行性四个角度进行分析对比,最终得到:SVR是最适合中央空调系统短期负荷预测的方法。(2)由于中央空调系统设备间耦合性强,基于单元的控制策略往往难以取得全局最优的控制效果,针对这一问题,本文设计了基于GA-PSO的群控节能策略。本文首先分析了遗传算法(GA)和粒子群算法(PSO)单独作用时的优化效果。其中,因为在中央空调系统中应用时,PSO无法直接处理离散参数的问题,本文对PSO算法进行了一定的改进,使其可以对离散参数寻优。根据结果总结两算法的优缺点后,将两个算法结合得到GA-PSO混合算法,通过Matlab程序对数据集进行优化验证后得出,GA-PSO能在时间限度内提升优化效果。(3)中央空调系统现场条件多变且复杂,大型的控制主机加入会增加额外成本,故需要设计更加通用化的硬件控制器。本文首先在Simulink上搭建了系统的物理仿真模型,对系统的软件闭环性能进行了测试验证。之后采用OPC技术,利用CAN分析仪作为信息传输设备,搭建了与外部控制器进行联调的闭环系统,并设计实验进行了优化效果验证,最后可实现将原系统总能耗减低7.368%。
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。
全自动铺布机控制系统的设计与实现
这是一篇关于铺布机,控制系统设计,人机交互界面,远程监控的论文, 主要内容为服装行业是我国重要经济产业之一,随着缝制装备自动化程度的不断提高,其中越来越多的服装生产企业开始采用全自动铺布机来代替人工铺布,不但减少了劳动力成本,也增加了铺布效率。目前国外的铺布设备铺布精度较高,铺布效率较快,自动化程度较高,仍然占据着我国缝前设备控制系统的高端市场,限制了我国的中小型服装生产企业的迅速发展。因此,为了减小与国外缝前设备的同类型产品差距,自主研发出性能良好的全自动铺布机控制系统变得尤为重要,这也对提升国内服装生产企业的经济效益具有重要意义。本文基于铺布机的机械结构和铺布需求,确定了铺布机的整个工艺控制流程,开发了铺布机的控制系统,具体的研究内容如下:一、分析了铺布机的工艺流程和机械结构,根据服装生产行业需求搭建了运动控制系统,制定了控制系统的总体控制方案;二、设计了铺布机的核心控制单元、设计了传感检测系统和电机驱动电路,分析了铺布机主要电气元器件的工作原理,研究了控制系统的通讯方式,进行了关键参数配置和供电线路设计等;三、研发了铺布机各个系统模块的控制软件程序,设计优化了伺服速度曲线来控制整机的运动,提高了面料的铺布精度,并基于VT-Designer开发了铺布机的人机交互界面;四、开发了基于VIDAGRID二次开发平台的一种远程监控系统。该系统可以监控铺布机的工作状态、定位和远程下发数据,同时也设计了良好的人机界面,对铺布机各项数据以报表的形式显示出来;五、进行样机试验测试,结果显示该铺布机面料裁剪平整,布边平齐,可以满足大部分面料的铺布需求。对铺布机现阶段研究进行总结,指出铺布机目前存在的问题及解决措施。
中央空调群控系统设计与实现
这是一篇关于中央空调,负荷预测,群控优化,控制系统设计的论文, 主要内容为中央空调系统在日常生产生活中应用广泛,据统计数据显示,中央空调系统的能耗通常占大型建筑总能耗的30%-50%,因此,中央空调的节能具有较大的经济效益。常规中央空调系统采用的控制方法大多只是将室内的气候指标稳定在设定值,而未考虑节能。部分包含了节能控制的系统,一般采用局部节能算法,这类算法无法完美应对系统运行时出现的复杂干扰,存在用户体验降低,总体优化效果不佳的问题。因此,群控算法的引入非常有必要,为了设计出适用于主流中央空调系统的群控系统,本文做了以下研究:(1)中央空调系统的控制量输入与其提供的冷负荷之间存在着较大滞后,使用当前负荷为依据时控制效果不佳,需要进行负荷预测以得到尽可能实时的负荷需求,为此本文选取了三种在空调负荷预测中常用的预测方法:三次指数平滑法、BP神经网络、支持向量回归(SVR),利用Matlab编写程序,考察这三种方法在同组数据下的预测效果,并对结果从快速性、准确性、实用性、可行性四个角度进行分析对比,最终得到:SVR是最适合中央空调系统短期负荷预测的方法。(2)由于中央空调系统设备间耦合性强,基于单元的控制策略往往难以取得全局最优的控制效果,针对这一问题,本文设计了基于GA-PSO的群控节能策略。本文首先分析了遗传算法(GA)和粒子群算法(PSO)单独作用时的优化效果。其中,因为在中央空调系统中应用时,PSO无法直接处理离散参数的问题,本文对PSO算法进行了一定的改进,使其可以对离散参数寻优。根据结果总结两算法的优缺点后,将两个算法结合得到GA-PSO混合算法,通过Matlab程序对数据集进行优化验证后得出,GA-PSO能在时间限度内提升优化效果。(3)中央空调系统现场条件多变且复杂,大型的控制主机加入会增加额外成本,故需要设计更加通用化的硬件控制器。本文首先在Simulink上搭建了系统的物理仿真模型,对系统的软件闭环性能进行了测试验证。之后采用OPC技术,利用CAN分析仪作为信息传输设备,搭建了与外部控制器进行联调的闭环系统,并设计实验进行了优化效果验证,最后可实现将原系统总能耗减低7.368%。
仿生机器鱼建模与控制系统设计
这是一篇关于仿生机器鱼,机械结构设计,运动学,动力学,控制系统设计的论文, 主要内容为鱼类经过长期的物种选择,一直是水下环境中数量最大的动物族群,其原因之一就是其良好的推进性能,能够捕食猎物以及躲避大部分天敌。相比于大多数水下推进器包括螺旋桨式、喷射式等灵活性差、推进效率低的推进器,仿生机器鱼凭借其优异的性能吸引越来越多研究人员的注意。本文以游动能力显著的鲹科鱼类为原型设计了一种四关节仿生机器鱼,主要内容如下:(1)通过对比分析各种鱼类推进机理,选定鲹科加新月形尾鳍模式为机器鱼推进模式,在此基础上设计了仿生机器鱼的四关节机械结构,并基于鱼体波曲线拟合的思想采用遗传算法对机械结构进行优化设计得到柔性鱼体部分最优关节比例,经仿真验证,在相同运动参数情况下,提高了推进速度。(2)在四关节仿生机器鱼机械结构基础上,根据鲹科鱼类鱼体波动以及尾鳍复合运动的推进机理建立了机器鱼运动学模型以及动力学模型并通过ADAMS仿真软件仿真,分析了机器鱼模型的运动参数对机器鱼运动的影响。(3)在仿生机器鱼机械结构、运动学模型与动力学模型基础上设计机器鱼控制系统。控制系统硬件部分通过采用模块化的设计思想分别对运动执行模块、无线通讯模块、供电模块、感知模块进行设计与介绍;软件部分在硬件设计的基础上通过编程实现硬件模块的驱动、仿生机器鱼与上位机的无线通讯、基础运动控制以及基于红外传感器的避障控制。通过控制系统的设计与实现,表明了仿生机器鱼的机械结构、运动学与动力学模型的有效性,通过控制机器鱼模型的运动参数即可实现机器鱼的运动控制。
基于数据驱动的自主水下机器人控制系统研究
这是一篇关于数据驱动,控制系统设计,自主水下机器人,自适应海洋观测的论文, 主要内容为传统自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)大部分采用预编程工作模式,该模式对静态海洋现象如海底地形地貌、海底矿产资源等观测效率较高。但对于温跃层、中尺度涡、锋面等动态海洋现象,预编程模式存在有限的观测资源与观测范围的矛盾。国内外科研机构已开展基于数据驱动的智能AUV研究,数据驱动可以让AUV对动态海洋现象进行自适应观测。相比于预编程固定的工作路径,数据驱动算法可以智能规划观测路径,获取揭示海洋现象机理的观测数据。为了搭载数据驱动算法后实现自适应观测,本文设计了具有预编程与数据驱动双工作模式的AUV分布式控制系统,具体内容如下:(1)设计了由底层运动控制系统、数据驱动系统、水面监测系统三者共同组成的AUV控制系统总体架构。相比于传统AUV单控制板架构,本文使用双控制板将AUV数据驱动控制与底层运动控制相分离,二者相互独立,程序修改便捷且不影响相互运行。(2)使用模块化思想将两块控制板拆分为推进、通讯、导航、电源管理、数据采集五大单元,完成各单元内传感器的驱动与通讯电路设计。底层运动控制板负责AUV的运动控制、接收并执行数据驱动控制板发送的预期工作目标;数据驱动控制板负责采集海洋观测数据、搭载数据驱动算法。(3)制定通讯协议并实现数据驱动系统与底层运动控制系统间的通讯编程。为搭载数据驱动算法设计了数据驱动的工作模式。编写上位机软件,制定配套通讯协议以完成远程调试、文件传输、系统设置等功能。实现内容详细且支持生成xls文件的日志系统,方便后期数据分析。(4)研究AUV航位推算算法,在考量开发难度及适用性后选用增量式PID控制算法对AUV进行运动控制,进行控制仿真验证了增量式PID算法对AUV的运动控制效果。数据驱动仿真、水池、湖泊实验结果表明:底层运动控制系统与数据驱动系统具有相互独立性,能通过网桥分别修改各自程序且不影响对方运行;底层运动控制系统能在线接收并控制AUV执行数据驱动系统发送的期望工作目标;双工作模式与上位机软件且均能正常工作;增量式PID能控制AUV完成定深、定向操作,具备良好的控制效果;该控制系统具备搭载数据驱动算法后进行自适应观测的能力,为基于数据驱动的动态海洋观测模式提供了运行平台。
中央空调群控系统设计与实现
这是一篇关于中央空调,负荷预测,群控优化,控制系统设计的论文, 主要内容为中央空调系统在日常生产生活中应用广泛,据统计数据显示,中央空调系统的能耗通常占大型建筑总能耗的30%-50%,因此,中央空调的节能具有较大的经济效益。常规中央空调系统采用的控制方法大多只是将室内的气候指标稳定在设定值,而未考虑节能。部分包含了节能控制的系统,一般采用局部节能算法,这类算法无法完美应对系统运行时出现的复杂干扰,存在用户体验降低,总体优化效果不佳的问题。因此,群控算法的引入非常有必要,为了设计出适用于主流中央空调系统的群控系统,本文做了以下研究:(1)中央空调系统的控制量输入与其提供的冷负荷之间存在着较大滞后,使用当前负荷为依据时控制效果不佳,需要进行负荷预测以得到尽可能实时的负荷需求,为此本文选取了三种在空调负荷预测中常用的预测方法:三次指数平滑法、BP神经网络、支持向量回归(SVR),利用Matlab编写程序,考察这三种方法在同组数据下的预测效果,并对结果从快速性、准确性、实用性、可行性四个角度进行分析对比,最终得到:SVR是最适合中央空调系统短期负荷预测的方法。(2)由于中央空调系统设备间耦合性强,基于单元的控制策略往往难以取得全局最优的控制效果,针对这一问题,本文设计了基于GA-PSO的群控节能策略。本文首先分析了遗传算法(GA)和粒子群算法(PSO)单独作用时的优化效果。其中,因为在中央空调系统中应用时,PSO无法直接处理离散参数的问题,本文对PSO算法进行了一定的改进,使其可以对离散参数寻优。根据结果总结两算法的优缺点后,将两个算法结合得到GA-PSO混合算法,通过Matlab程序对数据集进行优化验证后得出,GA-PSO能在时间限度内提升优化效果。(3)中央空调系统现场条件多变且复杂,大型的控制主机加入会增加额外成本,故需要设计更加通用化的硬件控制器。本文首先在Simulink上搭建了系统的物理仿真模型,对系统的软件闭环性能进行了测试验证。之后采用OPC技术,利用CAN分析仪作为信息传输设备,搭建了与外部控制器进行联调的闭环系统,并设计实验进行了优化效果验证,最后可实现将原系统总能耗减低7.368%。
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。
仿生机器鱼建模与控制系统设计
这是一篇关于仿生机器鱼,机械结构设计,运动学,动力学,控制系统设计的论文, 主要内容为鱼类经过长期的物种选择,一直是水下环境中数量最大的动物族群,其原因之一就是其良好的推进性能,能够捕食猎物以及躲避大部分天敌。相比于大多数水下推进器包括螺旋桨式、喷射式等灵活性差、推进效率低的推进器,仿生机器鱼凭借其优异的性能吸引越来越多研究人员的注意。本文以游动能力显著的鲹科鱼类为原型设计了一种四关节仿生机器鱼,主要内容如下:(1)通过对比分析各种鱼类推进机理,选定鲹科加新月形尾鳍模式为机器鱼推进模式,在此基础上设计了仿生机器鱼的四关节机械结构,并基于鱼体波曲线拟合的思想采用遗传算法对机械结构进行优化设计得到柔性鱼体部分最优关节比例,经仿真验证,在相同运动参数情况下,提高了推进速度。(2)在四关节仿生机器鱼机械结构基础上,根据鲹科鱼类鱼体波动以及尾鳍复合运动的推进机理建立了机器鱼运动学模型以及动力学模型并通过ADAMS仿真软件仿真,分析了机器鱼模型的运动参数对机器鱼运动的影响。(3)在仿生机器鱼机械结构、运动学模型与动力学模型基础上设计机器鱼控制系统。控制系统硬件部分通过采用模块化的设计思想分别对运动执行模块、无线通讯模块、供电模块、感知模块进行设计与介绍;软件部分在硬件设计的基础上通过编程实现硬件模块的驱动、仿生机器鱼与上位机的无线通讯、基础运动控制以及基于红外传感器的避障控制。通过控制系统的设计与实现,表明了仿生机器鱼的机械结构、运动学与动力学模型的有效性,通过控制机器鱼模型的运动参数即可实现机器鱼的运动控制。
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