动态曲面式撇油器自动控制系统的设计

摘要

随着我国经济持续快速发展,我国对石油的需求量和运输量也在不断攀升。船舶数量和石油运量的持续增加,特别是大型、超大型油轮在我国水域频繁进出,使得我国沿海水域通航环境更加复杂,也导致海上溢油事故发生的风险不断加大。海上溢油事故一旦发生,必须及时采取有效措施来清除海上溢油,否则会使自然环境和生态资源遭受灾难性的损害。采用撇油器对海面上的溢油进行回收,是目前最理想的海上溢油处理方式。但是,现有撇油器大都不同程度地存在回收能力和回收效率低下、结构复杂、对环境条件要求高等缺点,亟待改善。而溢油回收自动化系统等方面,国内的研究还基本是空白。
　　本文针对这种情况,在研究了一种对油水混合物具有预分离功能的新型动态曲面式撇油器的基础上,为其设计了自动控制系统。主要完成了如下工作:首先,根据模糊控制的原理,得到输入输出量的隶属函数以及赋值表,然后根据拟定的控制规则,建立了模糊控制表,从而为动态曲面式撇油器设计了模糊自整定PID控制器;其次,应用阀控马达液压系统原理,设计了动态曲面式撇油器的自动控制系统的液压部分,并给出了部分系统元件的选型计算方法;第三,应用AVR单片机作为控制器,设计了输入信号处理电路、输出信号处理电路、数码显示电路等部分,从而组成了动态曲面式撇油器自动控制系统的硬件电路,然后对单片机进行了编程;最后在MATLAB环境下,对模糊自整定PID控制器和整个自动控制系统分别进行了仿真,结果表明模糊自整定PID控制器有效的提升了系统的控制性能,很好地实现了相应的控制要求。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题的来源和提出

1.2 常用控制策略

1.2.1 PID控制技术

1.2.2 模糊控制技术

1.2.3 模糊自整定PID控制

1.3 论文的主要内容及所完成的工作

第2章 动态曲面式撇油器的原理、优势及其几何建模

2.1 现有撇油器综述

2.1.1 应用粘附原理的撇油器

2.1.2 应用堰式原理的撇油器

2.1.3 应用水动力原理的撇油器

2.1.4 应用抽吸原理的撇油器

2.2 动态曲面式撇油器的原理、优势及其几何建模

2.2.1 动态曲面式撇油器的原理

2.2.2 动态曲面式撇油器的优势

2.2.3 动态曲面式撇油器的几何建模

2.3 本章小结

第3章 动态曲面式撤油器自动控制系统控制策略的研究

3.1 模糊自整定PID控制器

3.1.1 模糊自整定PID控制器的结构

3.1.2 参数自整定思想

3.2 模糊自整定PID控制器在动态曲面式撇油器中的应用

3.2.1 模糊自整定PID控制器的设计

3.2.2 精确量与模糊量之间的相互转化

3.3 本章小结

第4章 动态曲面式撇油器自动控制系统液压部分的设计

4.1 液压系统结构设计

4.2 液压系统的选型计算方法

4.2.1 液压马达的选型计算方法

4.2.2 液压泵的选型计算方法

4.2.3 液压泵驱动功率的计算、驱动原动机的选型计算方法

4.2.4 吸油泵和吸水泵的选择

4.3 电液伺服阀及其控制特性

4.3.1 电液伺服阀

4.3.2 电液伺服阀的控制特性

4.4 本章小结

第5章 动态曲面式撇油器自动控制系统电气部分的设计

5.1 AVR单片机

5.2 动态曲面式撇油器自动控制系统硬件电路的设计

5.2.1 控制电路框图

5.2.2 电路的设计

5.3 动态曲面式撇油器自动控制系统软件的设计

5.4 本章小结

第6章 动态曲面式撇油器自动控制系统的仿真

6.1 电液速度伺服控制系统的模型

6.2 模糊控制器的仿真

6.2.1 Fuzzy Logic Toolbox工具箱

6.2.2 仿真过程

6.3 动态曲面式撇油器自动控制系统的仿真

6.3.1 SIMULINK简介

6.3.2 模型在Matlab/Simulink中的仿真框图

6.3.3 系统的仿真

6.3.4 仿真结果分析

6.4 本章小结

结论

参考文献

附录A 中断子程序源代码

附录B 电路板图及部分实物照片

致谢

研究生履历