模糊PID算法在CFETR包层RH控制系统中的应用研究

摘要

CFETR是中国聚变工程反应堆(China Fusion Engineering Test Reactor)的简称，目前正处于概念设计阶段。CFETR真空室内部的部件及环境在聚变反应中会受到放射性污染，必须研发包层远程遥操作(RH)维护系统实现对包层装置的维护。电液伺服系统综合了电气和液压两方面的技术特性，非常适用于负载质量大、控制精度高的包层RH系统。CFETR运行后，真空室处于高温和强辐射的复杂环境中;另外，为获得特定真空度需要进行高温烘烤。因此高精度的温度控制问题是CFETR设计需要考虑的技术之一。本文着重从高精度电液伺服控制和温度控制两方面研究模糊PID算法及其应用，对整个CFETR包层RH控制系统的设计具有非常重要的意义和应用价值。　　根据CFETR包层RH控制系统的技术设计要求，研究了高同步精度电液伺服系统的控制方法。基于模糊控制理论与实践经验设计了模糊自适应PD控制器。应用AMESim/Simulink建立了精确的联合仿真模型，得到了准确的仿真结果。　　结果表明:无扰动情况时，模糊自适应PD控制的位移响应比传统PD控制以及未加算法控制快速和精准，控制效果优于其他两种控制策略。在1000N和2000N阶跃扰动时，模糊自适应PD控制的位移跟踪误差比传统PD控制稳定，其抗干扰能力优于传统PD控制，具有较好的鲁棒性。最终确立采用模糊自适应PD算法作为电液伺服系统的核心控制策略。　　基于CFETR包层RH控制系统的温度控制问题，研究了高精度的温度控制方法。温控系统具有大惯性、纯滞后、非线性和时变性等特性，难以建立精确的数学模型，常规PID控制很难实现理想的控制效果。混合模糊PID控制算法既具有模糊控制灵活而适应性强的优势，又具有PID控制精度高的特点，可达到较好的控制效果。因而提出了混合模糊PID控制方法，设计了混合模糊PID控制器。　　根据现有的硬件条件搭建了温度控制系统实验平台。实验结果表明:相对于模糊控制，混合模糊PID控制具有较高的准确性，相对于常规PID控制，混合模糊PID控制具有较小的超调和较快的响应速度，而且随着温度设定值的升高，这种优越性也在增强。最终确立采用混和模糊PID算法作为温度控制系统的核心控制策略。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 自动控制技术概述

1．3 电液伺服控制技术概述

1．4 温度控制技术概述

1．5 本文主要研究内容

第二章 电液伺服控制系统建模分析

2．1 液压同步系统设计

2．1．1 几种常见液压同步回路

2．1．2 双液压缸同步系统设计

2．2 电液伺服系统数学模型计算

2．2．1 电液伺服阀传递函数

2．2．2 四通阀控对称液压缸传递函数

2．2．3 电液位置伺服系统传递函数

2．2．4 电液位置伺服系统数学模型计算

2．3 电液位置伺服系统分析

2．3．1 时域法分析电液位置伺服系统

2．3．2 频域法分析电液位置伺服系统

2．4 本章小结

第三章 模糊PID控制器设计

3．1 常规PID控制算法

3．1．1 PID控制概述

3．1．2 PID参数整定

3．2 模糊控制算法

3．2．1 模糊控制概述

3．2．2 模糊控制器设计

3．3 模糊自适应PD控制器设计

3．3．1 模糊自适应PD控制

3．3．2 电液伺服系统模糊自适应PD控制器设计

3．4 混合模糊PID控制器设计

3．4．1 混合模糊PID控制

3．4．2 温度控制系统混合模糊PID控制器设计

3．5 本章小结

第四章 基于AMESim／Simulnik的电液伺服系统仿真研究

4．1 联合仿真平台概述

4．1．1 AMESim简介

4．1．2 MATLAB／Simulink简介

4．1．3 联合仿真设置

4．2 电液伺服系统联合仿真

4．2．1 联合建模参数

4．2．2 联合仿真模型

4．3 电液伺服系统仿真结果分析

4．3．1 仿真参数设定

4．3．2 系统无扰动仿真结果对比分析

4．3．3 系统加扰动仿真结果对比分析

4．4 本章小结

第五章 基于WinCC／MATLAB的温度控制系统实验研究

5．1 基于OPC的WinCC与MATLAB通讯

5．1．1 OPC技术

5．1．2 西门子WinCC简介

5．1．3 WinCC与MATLAB的通讯实现

5．2 WinCC与PLC的TCP／IP通讯

5．2．1 PLC简介

5．2．2 TCP／IP协议

5．2．3 WinCC7．0与西门子S7-315 PLC的TCP／IP通讯

5．3 温度控制系统实验平台建立

5．3．1 温度控制系统实验平台搭建

5．3．2 PLC程序设计

5．3．3 建立Simulink实时控制的算法模型

5．4 温度控制系统实验结果分析

5．4．1 实验参数设定

5．4．2 实验结果分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况