乳化液泵站变频恒压控制系统的研究

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乳化液泵站是煤炭行业建设安全高产高效的采煤矿井、实现综采机械自动化必备的大型关键设备,它给液压支架和各种千斤顶提供乳化液。因此对泵站的控制系统的研究是至关重要的,目前已经开发出了由可编程控制器或单片机控制多泵并联泵站的控制系统,由于其存在诸多问题,故将变频调速技术引进乳化液泵站控制系统中,乳化液泵工频和变频运行方式能够自动切换,节能性好,可以解决以上存在的问题。首先讨论了液压支架的作用及分类、液压支架的运动工序和乳化液泵站的工作原理和相关参数,并分析了乳化液泵站液压系统的工作原理;对乳化液泵站的变频运行状况进行分析,包括乳化液泵站变频恒压控制原理和泵站调速运行的节能特点。然后主要对乳化液泵站变频恒压控制系统的控制算法进行仿真分析,选取的乳化液泵站液压系统中当液压支架升柱初撑工序为研究对象,分析了乳化液泵站液压系统在该工序下的特点,然后建立乳化液泵站变频恒压控制系统的理论模型。接着对PID控制规律进行仿真分析和模糊PID控制器进行设计之后,在MATLAB/Simulink环境下对常规PID控制和模糊PID控制在不考虑干扰和电机死区、只考虑干扰、只考虑电机死区和只考虑模型的不确定性情况下仿真对比分析。分析的结果表明:当未考虑系统的干扰、电机的死区和模型参数的不确定性时,常规PID方法也能取得满意的控制效果,但是模糊PID控制超调量相对较小、调节时间短。当考虑系统的干扰时,除了模糊PID控制比PID控制超调量相对较小、调节时间短之外,常规PID得到的曲线在吸收阶跃干扰信号后出现了较大的波动,而模糊PID控制对干扰信号的适应能力非常好。当考虑电机的死区时,除了模糊PID控制比常规PID超调量相对较小、调节时间短之外,模糊PID比常规PID受系统的死区特性影响小些,模糊PID控制更能承受电机死区特性对控制系统的影响。当考虑系统模型参数的不确定性时,模糊PID控制比常规PID控制在模型参数小区间变化时的适应性强些。最后对该控制系统进行概述并绘制了电气控制系统的主电路和控制电路图,为实现模糊PID控制对乳化液泵站的变频恒压控制,对控制系统的硬件进行选型和软件进行设计。
摘要第3-5页
ABSTRACT第5-7页
第一章 绪论第10-18页
    1.1 课题提出的背景第10-11页
    1.2 课题研究的国内外研究现状第11-14页
        1.2.1 泵站控制系统的国内外研究现状第11-13页
        1.2.2 液压变频技术国内外研究现状第13-14页
        1.2.3 模糊控制国内外研究现状第14页
    1.3 选题的目的和意义第14-15页
    1.4 本课题研究的主要内容第15-16页
    1.5 本章小结第16-18页
第二章 乳化液泵站恒压供液系统概述第18-28页
    2.1 液压支架的工作特性第18-21页
        2.1.1 液压支架的作用及分类第18-19页
        2.1.2 液压支架的运动分析第19-21页
    2.2 乳化液泵站概述第21-25页
        2.2.1 乳化液泵的工作原理第21页
        2.2.2 泵站的相关参数第21-24页
        2.2.3 泵站液压系统工作过程第24-25页
    2.3 乳化液泵站变频运行分析第25-27页
        2.3.1 变频调速技术原理第25页
        2.3.2 泵站变频恒压控制流程第25-26页
        2.3.3 泵站变频运行的节能分析第26-27页
    2.4 本章小结第27-28页
第三章 乳化液泵站变频模糊PID控制系统仿真第28-54页
    3.1 引言第28页
    3.2 泵站恒压供液系统的特点和理论模型第28-31页
        3.2.1 泵站恒压供液系统的特点第28-29页
        3.2.2 泵站恒压供液系统的理论模型第29-31页
    3.3 泵站恒压供液系统校正环节设计与分析第31-35页
    3.4 模糊PID的控制原理第35-45页
        3.4.1 模糊控制的基本原理第35-40页
        3.4.2 模糊PID控制器的设计第40-45页
    3.5 模糊PID算法的仿真分析第45-52页
    3.6 本章小结第52-54页
第四章 系统的硬件和软件的实现第54-70页
    4.1 乳化液泵站控制系统概述第54-57页
    4.2 可编程控制器系统的设计方和步骤第57-58页
        4.2.1 可编程控制器控制系统的设计原则第57-58页
        4.2.2 可编程控制器控制系统的设计内容第58页
    4.3 系统硬件的选型第58-64页
        4.3.1 可编程控制器(PLC)的选型第58-59页
        4.3.2 外围设备的选型与外部电路的设计第59-63页
        4.3.3 变频器的选型第63-64页
    4.4 系统的软件设计第64-69页
        4.4.1 程序设计基础第64-65页
        4.4.2 系统运行的主程序第65-66页
        4.4.3 调用自动定时循环子程序第66页
        4.4.4 故障检测子程序第66-67页
        4.4.5 模糊PID控制算法子程序第67-68页
        4.5.6 乳化液泵站切换子程序第68-69页
    4.5 本章小结第69-70页
第五章 总结与展望第70-72页
    5.1 课题总结第70-71页
    5.2 课题展望第71-72页
参考文献第72-76页
致谢第76-77页
攻读学位期间发表的学术论文第77页
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