神经网络在计量泵变频调速系统中的研究与应用

摘要

计量泵作为往复泵的分支，广泛运用于石油、化工、水处理、食品、制药、环保、医疗器械等行业的流体定量投加和比例投加，已成为流程工业的心脏和发动机。
　　随着计量泵的应用范围的扩大，对于计量泵的精确控制以及远程控制提出了更高的要求。而近年来，各种智能控制技术的发展为计量泵的精确控制提供了理论的基础。本文提出了将神经网络控制技术应用到计量泵的精确控制中。
　　本文研究的计量泵系统由三相异步电机驱动，针对电机模型进行了数学分析，设计了单神经元PID控制器，利用MATLAB/Simulink建立了仿真模型，结果表明采用了单神经元PID控制器的计量泵变频调速系统具有良好的启动、加速和调速性能。本文还将智能控制交叉应用与异步电机的控制结合到一起，设计了神经模糊网络控制器，并利用仿真软件搭建了神经网络节点模型，仿真显示神经网络能够通过自学习来调整模糊控制的隶属度函数，改良模糊控制电机调速系统的性能。
　　数字计量泵变频调速系统的硬件设计将强弱电模块分离开，设计成控制板和驱动板两个部分，主处理器选用了电机控制专用芯片disPIC30F6010A，通过搭建各种外围电路，来实现系统的人机互动、网络通信、转速采集等其他功能。
　　系统软件的设计包含了按键模块、液晶模块、PwM模块、CAN模块等，为了满足工业现场对于计量泵组的网络化操作，加强CAN通信的软件设计，使得系统通过CAN通信能够实现按键能够完成的大部分功能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状及趋势

1．3 现代交流调速技术的发展概况

1．4 神经网络及其在交流调速中的应用

1．4．1 神经网络概述

1．4．2 神经网络在交流调速中的应用

1．5 本文研究的主要内容和特色

1．5．1 主要内容

1．5．2 主要创新点和特色

第2章 相关原理及控制器设计

2．1 隔膜计量泵工作原理

2．1．1 隔膜计量泵的结构及原理

2．1．2 隔膜计量泵的流量计算

2．2 SVPWM脉宽调制控制方法

2．2．1 脉宽调制SVPWM控制原理

2．2．2 电压源逆变器的SVPWM实现

2．3 单神经元PID控制器

2．3．1 传统PID控制算法

2．3．2 单神经元PID控制器设计

2．4 神经模糊控制器

2．4．1 智能算法结合应用简介

2．4．2 神经模糊控制器的设计

第3章 调速系统建模与仿真

3．1 三相异步电机调速控制系统仿真模型搭建

3．2 神经模糊网络仿真模型搭建

3．3 仿真结果及分析比较

第4章 硬件模块介绍

4．1 硬件系统简介

4．2 微控制器的选择及简介

4．3 控制板电路简介

4．3．1 液晶显示模块

4．3．2 按键模块

4．3．3 CAN通信模块

4．3．4 霍尔模块

4．3．5 电流检测模块

4．4 驱动板电路简介

4．4．1 IPM智能功率模块

4．4．2 光电隔离模块

第5章 软件设计及调试

5．1 软件设计总体思路

5．2 软件初始化

5．3 人机互动功能设计

5．4 CAN通信程序设计

5．4．1 计量泵网络系统简介

5．4．2 CAN的初始化及波特率配置

5．4．3 CAN的接收和发送

5．5 单神经元PID控制器的软件实现

5．6 系统调试

5．6．1 开发环境和工具

5．6．2 调试结果

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果