基于模糊PID的基桩静载检测系统研究

摘要

随着工程建设的蓬勃发展，尤其是城市高层建筑的迅速增多，基桩的应用规模日益扩大，桩基础已成为我国建设中很重要的一种基础形式，对基桩施工质量进行准确可靠的检测已成为确保工程安全的基础和关键。
　　 基桩的竖向承载力检测是其质量检测的重要方面，通常采用基桩静载荷试验来完成。在进行基桩静载荷试验时，荷载压力是一个重要技术参数。为了提高检测结果的准确性，首先需要为试验提供一个稳定可靠的荷载压力源，同时在加载过程中对荷载压力进行准确的控制。现有的基桩静载检测系统在这两方面做的不甚理想，尤其在对荷载压力的控制上，容易出现较大的超调量，影响基桩竖向承载力检测结果。
　　 针对以上问题，本文首先对基桩静载检测系统的总体结构进行设计，将其分为供压单元，检测控制单元，传感器单元以及观测分析单元。通过分析变频驱动液压控制系统结构特点和压力脉动情况，对供压单元的组成结构进行了重点设计，保证在基桩静载检测试验进行的过程中，提供给基桩较为稳定的荷载压力源。这样的结构设计使得系统运行更为可靠，维护更为方便。
　　 其次，通过分析系统荷载压力的控制特点和控制目标，本文提出了一种将模糊控制和PID控制相结合的控制算法，根据压力差和压力差变化率，利用模糊控制，实时调整PID参数。对模糊PID参数自整定控制器进行了详细设计，同时利用MATLAB进行仿真研究验证算法的可行性。
　　 最后，详细设计了系统的检测控制单元，主要分为硬件设计和软件设计。其中，硬件部分主要以LM3S9B96处理器为核心，并结合相关功能电路组成，主要包括荷载压力采集电路，荷载压力控制电路，位移采集电路和通信接口电路。软件部分主要是对主程序流程，加载模块，模糊PID控制模块，位移数据采集模块以及卸载模块等进行设计。
　　 通过仿真结果表明，在基桩静载检测系统的加载过程中，模糊PID参数自整定控制算法能够更好的完成荷载压力的控制要求，并且控制效果要优于常规PID算法。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 基桩检测概况

1．1．1 基桩静载荷试验

1．1．2 基桩静载检测的研究现状

1．2 变频驱动液压控制技术

1．3 论文的研究目的和意义

1．4 论文的主要研究内容及章节安排

第2章 基桩静载检测系统的总体结构

2．1 基桩静载检测系统

2．2 变频驱动液压控制系统

2．2．1 交流变频调速的原理

2．2．2 变频驱动液压控制系统的结构

2．2．3 变频驱动液压控制系统的特点

2．3 变频驱动液压控制系统压力脉动分析

2．3．1 轴向柱塞泵的工作原理

2．3．2 轴向柱塞泵的流量方程分析

2．3．3 无阻尼时系统的压力脉动

2．3．4 有阻尼时系统的压力脉动

2．4 基桩静载检测系统结构设计

2．4．1 供压单元

2．4．2 检测控制单元

2．4．3 观测分析单元

2．4．4 传感器单元

2．5 本章小结

第3章 系统荷载压力控制方案的研究

3．1 系统荷载压力控制分析

3．1．1 系统荷载压力控制的特点

3．1．2 系统荷载压力控制的目标

3．2 系统荷载压力控制策略的选择

3．3 模糊PID控制

3．3．1 PID控制

3．3．2 模糊控制

3．3．3 模糊PID复合控制

3．3．4 模糊PID参数自整定控制

3．4 系统供压单元主要环节数学模型分析

3．4．1 变频器环节

3．4．2 交流电机环节

3．4．3 液压泵环节

3．5 系统仿真

3．5．1 仿真软件简介

3．5．2 系统仿真与分析

3．6 本章小结

第4章 系统检测控制单元设计

4．1 检测控制单元硬件设计

4．1．1 主处理器的选型

4．1．2 处理器最小系统

4．1．3 荷载压力采集电路

4．1．4 荷载压力控制电路

4．1．5 位移采集电路

4．1．6 通信接口电路

4．2 检测控制单元软件设计

4．2．1 软件开发环境简介

4．2．2 StellarisWare软件

4．2．3 主程序流程

4．2．4 加载模块

4．2．5 维荷模块

4．2．6 卸载模块

4．3 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

参考文献

致谢