基于模糊控制的泵类负载电机节能装置的研究

【摘要】： 在供水系统中，异步电动机是应用最多、耗电总量最大的用电设备。一般来说为了提高安全系数，电动机容量选择的都比较大，易造成“大马拉小车”的现象，导致运行效率和功率因数降低，电能浪费严重等后果。针对上述情况，研制开发了供水系统基于模糊控制的泵类负载电机的节能装置。 本文首先对电机的几种调速方案进行了比较，选择了调压调速节能方案。从电机的各种损耗和负载特性入手，分析了调压调速的原理和系统的调速特性，并确定了调压范围。在外围电路设计上，利用电容器对电机进行无功就地补偿，以提高电机的功率因数，减少其电能损耗，节约电能。由于异步电动机直接起动有着诸多的弊端，因此本文利用恒流恒压控制模块对电机进行软起动，减小起动电流冲击，避免冲击电网，从而减少了电网的功率损耗，达到了节能效果。 对于供水系统中的水泵，通过对其机械特性的分析，得出利用其转速进行节能的方法。本文以欧姆龙CP1H-XA40DR-A型可编程控制器(PLC)为核心，加上光电编码器和压力传感器构建了整个调压调速控制系统。在系统硬件设计上，采用恒流恒压控制模块和PLC控制技术对硬件电路进行优化；在软件设计上，提出了水压、转速双闭环综合控制策略，即转速内环由模糊自适应PID控制算法实现，水压外环由模糊PID控制算法实现，从而提高了系统的控制精度和鲁棒性。采用模糊智能控制方案有效的解决了电动机及负载耗能的问题，用简洁的方式，实用的方法，获得了较好的节能功效。最后对系统的软硬件设计进行了详细的介绍，并给出了主程序的流程图。 调压调速的节能方法具有投资小，调节简单，维修方便等优点，是一种具有广泛应用前景的节能方法。本文设计的供水系统节能装置已在供水控制系统中得到应用，并取得稳定可靠的运行效果和较好的节能效果。因而，该系统的推广应用可创造良好的经济和社会效益。 【关键词】：调压调速 节能 软起动 双闭环 模糊控制 模糊PID算法
【学位授予单位】：河北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TP273.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 引言9-17
• 1.1 异步电动机节能控制的意义9-10
• 1.2 相关技术的背景知识10-15
• 1.2.1 异步电动机调速的相关知识10-12
• 1.2.2 模糊控制技术的背景知识12-14
• 1.2.3 可编程控制器技术的发展及应用14-15
• 1.3 本课题所研究的主要内容15-17
• 1.3.1 课题来源15
• 1.3.2 研究内容15-17
• 2 电动机调压调速的节能原理17-33
• 2.1 异步电动机损耗分析17-18
• 2.1.1 恒定损耗17-18
• 2.1.2 负载损耗18
• 2.2 异步电动机的降压节能分析18-24
• 2.2.1 异步电动机负载特性分析18
• 2.2.2 恒转矩负载损耗分析18-20
• 2.2.3 变转矩负载损耗分析20-21
• 2.2.4 降压节能中电动机的调压范围21-23
• 2.2.5 异步电动机降压节能估算23-24
• 2.3 异步电动机的无功补偿24-28
• 2.3.1 无功就地补偿技术原理24
• 2.3.2 无功就地补偿的方法24-28
• 2.3.3 无功就地补偿效果分析28
• 2.4 电动机的软起动28-33
• 2.4.1 电机起动方式的性能比较28-29
• 2.4.2 软起动器的工作原理及特点29-31
• 2.4.3 软起动器的起动方法31-32
• 2.4.4 小结32-33
• 3 水泵节能原理概述33-37
• 3.1 水泵的负载特性分析及节能原理33-36
• 3.1.1 供水系统的基本特性33
• 3.1.2 泵的机械特性及节能运行方案33-36
• 3.2 调压调速对离心泵的影响36
• 3.3 调压调速的范围36-37
• 4 水压转速双闭环控制系统的设计策略37-52
• 4.1 水压转速双闭环控制策略的提出37
• 4.2 调压调速系统的模糊控制原理37-40
• 4.3 水压转速双闭环控制的系统结构40-41
• 4.4 水压外环闭环模糊 PID控制41-48
• 4.4.1 模糊 PID控制算法及特点41-43
• 4.4.2 模糊 PID控制算法的实现43-48
• 4.4.3 模糊 PID控制子程序48
• 4.5 转速内环模糊自适应 PID控制48-51
• 4.6 采样时间的选择51-52
• 5 调压节能控制实验研究52-58
• 5.1 调压调速控制系统的硬件构成及功能52-53
• 5.1.1 核心硬件52
• 5.1.2 其它设备及选型52-53
• 5.2 控制系统的软件设计53-54
• 5.3 实验结果分析54-58
• 6 结论与展望58-59
• 6.1 本设计主要工作58
• 6.2 本节能控制系统的推广意义58
• 6.3 展望58-59
• 参考文献59-63
• 在读期间发表的学术论文63-64
• 作者简历64-65
• 致谢65-66
• 发表论文66-70

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