基于数据驱动控制的港口恒压供水系统研究

摘要

我国的水资源比较匮乏，但由于长期以来供水系统的自动化程度一直落后于西方，再加上供水设备和管网比较陈旧，造成了大量的水资源浪费，因此提高供水系统的自动化程度，节约有限的水资源成为时代发展的重要课题。基于变频技术的恒压供水系统不仅能够更好的保持水压的恒定，而其还能节约能源。因此，对其研究具有极大的理论和现实意义。
　　 本文在分析港口恒压供水系统原理的基础上，对其控制系统的方案进行了设计。同时介绍了系统中的同步切换技术以及GPRS远程通信技术。由于供水系统的被控对象是一个高阶次、大滞后、参数时变的非线性系统，无法建立精确的数学模型，同时当需水量变化较大时，水泵电机由变频供电向工频供电切换过程中会产生过电压和过电流冲击，因此本文采用无模型自适应控制算法和锁相环同步切换技术相结合组成双闭环控制，来实现港口供水系统压力的稳定。为便于远程控制，利用GPRS通信技术代替传统的电缆及数传电台作为通信媒介，从而提高整个控制系统的自动化程度。理论分析和仿真验证了本控制策略的有效性。
　　 本文在理论分析的基础上，进行了港口恒压供水控制系统的软硬件设计。在硬件上分别进行了控制电路、信号采集电路、同步切换电路、GPRS通信模块电路等的设计，在软件上采用模块化的思想，分别给出了恒压供水、GPRS通信、上位机监控、同步切换等主要工作功能模块的详细流程图。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1论文选题的背景和意义

1.1.1供水系统的发展概况

1.1.2港口供水系统的国内外研究现状

1.2控制理论的应用概况

1.3本文的研究内容

1.4本文的主要工作

第2章港口恒压供水系统的研究与方案设计

2.1港口变频恒压供水的原理

2.1.1供水系统的基本特征

2.1.2水泵调速运行的节能原理

2.1.3变频调速的工作原理

2.1.4变频恒压供水系统的特点

2.1.5变频恒压供水的工作原理

2.2港口变频恒压供水系统的控制方案设计

2.3同步切换控制在恒压供水系统中的应用

2.3.1锁相环概述

2.3.2恒压供水系统中的同步切换控制原理

2.4 GPRS通信技术

2.5本章小结

第3章港口恒压供水系统控制策略的研究

3.1模糊控制系统的基本原理

3.2模糊控制器的设计

3.2.1模糊化

3.2.2模糊控制规则设计

3.2.3模糊量到精确量的反模糊化

3.3无模型自适应控制方法

3.3.1动态线性化

3.4无模型自适应控制器的设计

3.5控制算法的选择

3.6控制算法的仿真研究

3.6.1供水系统的近似模型

3.6.2模糊控制和无模型自适应控制器的设计

3.6.3仿真结果

3.7本章小结

第4章港口恒压供水系统硬件设计

4.1供电电源设计

4.2控制器选择与设计

4.3显示电路设计

4.4数据存储模块

4.5检测电路设计

4.5.1水压检测电路

4.5.2电网电压信号检测电路

4.6控制器内部A/D转换模块

4.7同步切换控制系统的硬件设计

4.7.1锁相环中相位比较器的设计

4.7.2锁相环中环路滤波器的设计

4.7.3同步切换控制电路设计

4.8基于GPRS的通信传输模块设计

4.9硬件抗干扰设计

4.10本章小结

第5章港口供水系统软件的研究与设计

5.1系统主程序流程图

5.2 LCD液晶模块程序设计

5.3串口中断模块程序设计

5.4 GPRS通信软件设计

5.5无模型自适应控制程序设计

5.6上位机监控系统设计

5.7本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录