连续可变量喷雾系统实验建模及喷雾流量控制方法研究

摘要

以开发新型精确变量喷雾装备为目标，构建了以电动比例调节阀为连续变流器件的连续可变量喷雾系统。为使该变量喷雾系统能够稳定、快速、准确的实现变量喷雾，本文从开环控制和闭环控制两个方面对连续可变量喷雾系统进行研究。主要研究工作包括以下几个方面：
　　 (1)开环控制为使连续可变量喷雾系统用于调流变量喷雾试验研究，完成测流和调流两个标定实验。调流标定实验发现，连续可变量喷雾系统含有回程误差，回程误差为26.2％。实验得出了系统开环控制的阶跃响应特性和稳态精度，结果表明：在6种阶跃幅值△Q=(1，2，3，3.5，4，4.3)条件下，系统上升时间的最大值为0.87s，表明系统响应速度与现有的调压变量喷雾系统相当；系统上升时间、峰值时间和超调量都表现出幅值相关性，说明系统属于非线性系统。因此对此类变量喷雾系统的控制方案和控制设计必须考虑非线性问题。同时，由于系统含有回程误差，导致系统开环控制的稳态精度不高，为了提高稳态精度，需要进行闭环控制，为此首先需要建立连续可变量喷雾系统的数学模型。
　　 (2)实验建模实验测得了阶跃幅值u∈[5，30]，步长h=1的26条阶跃曲线，实验发现当阶跃幅值u∈[5，14]时，系统不含有超调；当阶跃幅值u∈[15,30]时，系统含有超调。因此，本文根据系统有无超调，将系统分为两部分进行建模。建模的任务主要包括两部分内容：①模型结构的辨识；②模型参数的辨识。本文采用AIC(Akaike Information Criterion)定阶法给出了系统模型阶的辨识，采用最小二乘法给出了系统模型参数的辨识，最后采用Matlab仿真对模型进行了验证。结果表明：系统不含超调部分可用一阶模型表示，系统含超调的部分可用四阶模型表示，且系统含有纯滞后环节，纯滞后时间为1.13s。
　　 (3)闭环控制依据所得连续可变量喷雾系统模型，完成了闭环控制器的设计及仿真工作。本文进行了常规PID控制和Smith预估控制两类控制器的设计，完成了控制器参数的整定工作。并采用Simulink仿真对常规PID控制和Smith预估控制进行了对比。结果表明：在稳态精度方面，PID控制和Smith预估控制均可满足控制要求；在动态响应方面，Smith预估控制从上升时间、峰值时间、超调量三个动态指标都优于常规PID控制。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究目的及意义

1.2变量喷雾技术国内外研究现状

1.2.1不同目标信息获取方式下的变量喷雾系统

1.2.2不同流量调节技术的变量喷雾系统

1.3研究内容

1.4本章小结

第二章连续可变量喷雾系统开环控制动态响应试验

2.1连续可变量喷雾系统搭建

2.1.1连续可变量喷雾系统组成

2.1.2连续可变量喷雾系统关键部件介绍

2.1.3 电动比例调节阀流量调节原理

2.2连续可变量喷雾系统物理量关系

2.3连续可变量喷雾系统稳态模型建立

2.3.1测流标定

2.3.2调流标定

2.4连续可变量喷雾系统阶跃响应试验

2.4.1试验设计

2.4.2试验结果与分析

2.5本章小结

第三章连续可变量喷雾系统实验建模

3.1连续可变量喷雾系统建模方法选择

3.2连续可变量喷雾系统最小二乘辨识

3.2.1 问题的提出

3.2.2最小二乘参数估计的一次完成求解过程

3.3连续可变量喷雾系统模型的建立

3.3.1 连续可变量喷雾动态实验数据采集

3.3.2连续可变量喷雾系统模型结构的确定

3.3.3连续可变量喷雾系统模型参数的确定

3.3.4 Matlab仿真及模型确定

3.4本章小结

第四章连续可变量喷雾系统控制器设计及仿真

4.1 连续可变量喷雾系统控制闭环控制

4.2连续可变量喷雾系统控制器设计

4.2.1 连续可变量喷雾系统PID控制器设计

4.2.2连续可变量喷雾系统Smith控制器设计

4.3连续可变量喷雾系统控制器仿真

4.3.1控制器仿真

4.3.2控制器参数整定

4.3.3 仿真结果

4.4本章小结

第五章总结与展望

5.1 主要工作总结

5.2展望

参考文献

附录：PLC的D/A转换器数字输入Z对应的实际流量Q的实际数据(对应图2.11)

致谢

攻读硕士期间发表论文