基于无线网络的流速仪转向定位系统的研究与设计

摘要

为保证流速仪在测量时的精度，需要定期对其进行检定。然而目前国内流速仪检定系统大多存在检定精度和自动化水平低的问题，严重影响水文资料的获取。本课题的主要任务就是应用无线网络控制技术实现流速仪检定数据的实时采集及流速仪的运动控制，并运用曲线拟合的方法进行数据处理，得到流速仪特性曲线。其中，无线网络控制系统相比于传统的直接控制系统成本较低、便于安装和维护。但是，由于系统中网络时延、丢包等问题的存在，将会造成系统性能大大降低，甚至使系统不稳定。因此，如何结合无线网络的特点，将现有的经典控制策略应用到流速仪转向定位系统中，以应对由于网络介入而引起的控制系统性能不稳定等问题是本课题的研究重点。 本文通过对流速仪转向定位系统的设计，研究无线网络控制中的延时问题，将无线网络控制应用到实际工程中，并通过对延时补偿算法的研究，采用单神经元PID算法对传统控制器进行改进。本文从控制器设计角度，针对无线网络控制中产生的传输延时，主要做了如下几个方面的工作: 1.对基于无线网络的流速仪转向定位控制系统进行设计，其中包括对流速仪悬挂及转向、通信部分、工控机、采集装置等部分的设计。 2.针对无线网络控制系统可能产生的各种问题，主要研究了网络控制系统的时延组成和影响因素;对具有延时的网络控制系统建立仿真模型并验证。 3.针对基于WiNCS的转向定位系统中时延问题提出基于改进Smith预估补偿的单神经元PID算法，可以同时解决控制系统中的网络时延及PID参数难以整定的问题。 4.将采集的流速仪转子转率及检定车车速运用曲线拟合方法进行数据处理，得到检定曲线。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1流速仪检定系统概述及研究现状

1．1．1流速仪检定系统的背景与研究意义

1．1．2流速仪检定系统的国内外研究现状

1．1．3流速仪转向定位系统的研究现状

1．2无线网络控制系统的研究现状

1．2．1无线网络控制系统的结构与组成

1．2．2无线网络控制系统的研究现状

1．3论文研究的主要内容及组织框架

第2章基于WiNCS的流速仪转向定位系统的设计

2．1流速仪转向角度对转子转率的影响

2．2流速仪转向定位系统的指标要求

2．3基于无线网络的流速仪转向定位系统方案设计

2．3．1流速仪的悬挂及调向单元

2．3．2流速仪转率测量单元

2．3．3无线通信单元设计方案

2．3．4操作台单元设计方案

2．4本章总结

第3章基于WiNCS的流速仪转向定位系统控制器设计及时延分析

3．1网络控制系统时延组成及影响因素

3．1．1网络控制系统的时延组成

3．1．2影响网络控制系统时延的因素

3．2流速仪转向定位系统的PID控制器设计

3．2．1电流环控制器的设计

3．2．2速度环控制器的设计

3．2．3位置环控制器的设计

3．3基于无线网络控制的转向定位系统设计及时延分析

3．4本章总结

第4章基于改进Smith预估补偿的单神经元PID控制算法研究

4．1改进Smith预估控制器的设计

4．1．1 Smith预估控制的基本原理

4．1．2改进Smith预估补偿器在WiNCS中的应用

4．2单神经元PID控制算法的研究

4．2．1单神经元模型

4．2．2单神经元PID控制算法

4．2．3比例因子自适应PSD调节

4．2．4自适应单神经元PID控制算法实现

4．4基于改进Smith预估补偿的单神经元PID控制算法的设计

4．4．1改进Smith预估补偿的单神经元PID控制器设计

4．4．2仿真实验

4．5本章总结

第5章曲线拟合在流速仪检定系统中的研究与实现

5．1曲线拟合的常用方法

5．2最小二乘法的原理

5．2．1最小二乘法的线性拟合

5．2．2最小二乘法的非线性拟合

5．3最小二乘法在流速仪曲线拟合中的应用

5．3．1流速仪的特性曲线

5．3．2流速仪模型验证

5．4本章总结

第6章总结与展望

6．1本文主要研究成果

6．2工作展望

参考文献

致谢