微机水压转速双闭环控制系统的研究
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摘要
根据供水系统的现状，对常用的几种节能方案进行了比较，提出了串级调速的节能方案，分析了串级调速的原理，系统的调速特性，确定了微机水压转速双闭环控制的方案。
论文详细地论述了微机水压转速双闭环控制系统的组成与原理。在系统硬件的设计上，采用驱动电路模块化设计技术和计算机辅助技术对硬件电路进行优化；在软件设计上，采用参数自适应PID算法、水压外环模糊PID控制算法、电流单神经元PI控制，提高了系统的控制精度和鲁棒性；主回路采用差相控制的方法对逆变器进行不对称控制，改善了系统的功率因数。
以某水厂为例，安装微机水压转速双闭环控制系统后，通过一年半实际运行，系统运行稳定，控制精度高，抗干扰能力强，节能效果显著。因而，该系统的推广应用可创造很好的经济和社会效益。
Based on current situation of water supply, this paper puts forward an energy-saving scheme of serial-level speed-adjusting control system. It describes the principle and characteristics of the systems, and then determines the design plan of computer-controlled two-loop system of water-pressure and speed-adjusting.
The construction and principal of the two-loop control system is described in detail in this paper. Firstly, modular methods and computer-aid design are applied to optimize the hardware circuit. Secondly, many algorithms are adopted to improving its accuracy and robust in software programming, such as: self-adapting PID Algorithm, external-loop water-pressure fuzzy control algorithm, single-neuron PI current control algorithm, and so on. Thirdly, differential-phase control method is adopted to realize asymmetric control in main parts so as to improve the power factor of the system.
Taking one-year operation result of a water supply plant as an example, this paper proves that a computer-based two-loop control system has good stability, high control accuracy, excellent anti-interference capability and great energy-saving efficiency. In a word, such a control system can be widely used to get well economic result.
论文详细地论述了微机水压转速双闭环控制系统的组成与原理。在系统硬件的设计上，采用驱动电路模块化设计技术和计算机辅助技术对硬件电路进行优化；在软件设计上，采用参数自适应PID算法、水压外环模糊PID控制算法、电流单神经元PI控制，提高了系统的控制精度和鲁棒性；主回路采用差相控制的方法对逆变器进行不对称控制，改善了系统的功率因数。
以某水厂为例，安装微机水压转速双闭环控制系统后，通过一年半实际运行，系统运行稳定，控制精度高，抗干扰能力强，节能效果显著。因而，该系统的推广应用可创造很好的经济和社会效益。
Based on current situation of water supply, this paper puts forward an energy-saving scheme of serial-level speed-adjusting control system. It describes the principle and characteristics of the systems, and then determines the design plan of computer-controlled two-loop system of water-pressure and speed-adjusting.
The construction and principal of the two-loop control system is described in detail in this paper. Firstly, modular methods and computer-aid design are applied to optimize the hardware circuit. Secondly, many algorithms are adopted to improving its accuracy and robust in software programming, such as: self-adapting PID Algorithm, external-loop water-pressure fuzzy control algorithm, single-neuron PI current control algorithm, and so on. Thirdly, differential-phase control method is adopted to realize asymmetric control in main parts so as to improve the power factor of the system.
Taking one-year operation result of a water supply plant as an example, this paper proves that a computer-based two-loop control system has good stability, high control accuracy, excellent anti-interference capability and great energy-saving efficiency. In a word, such a control system can be widely used to get well economic result.
引文
1 刘竞成主编 交流调速系统 上海交通大学出版社 1987．5
2 林启华 泵与风机的变速节能 水利电力出版社 1986．5
3 苏彦民、李宏 交流调速系统的控制策略 机械工业出版社1998．6
4 邱关源 电路 高等教育出版社 第三版
5 黄俊 王兆安 电力电子变流技术 机械工业出版社 1992
6 杨欣荣、林玉华等编著 现代测控技术与智能仪器 湖南科学技术出版社1996．7
7 易继锴、侯媛彬著 智能控制技术 北京工业大学出版社 1999．9
8 满永奎等编 通用变频器及其应用 机械工业出版社 1995．8
9 杨兴瑶编著 电动机调速的原理与系统 水利电力出版社
10 方大千编 电工计算手册 山东科技出版社
11 电气工程师手册 机械工业出版社
12 《机电一体化技术手册》 机械工业出版社
13 常健生主编 检测与转换技术 机械工业出版社
14 陈伯时主编 电力拖动自动控制系统 第二版 机械工业出版社
15 陈际达著 线性控制系统 中南工业大学出版社
16 工程建设标准规范分类汇编 电气设计规范 中国建设工业出版社
17 动力工程师手册 机械工业出版社
18 胡景生主编 电网经济运行与能源标准化 中国标准出版社
19 符曦编著 系统最优化及控制 机械工业出版社
20 张明达著 最优控制工程 中南工业大学出版社
21 李友善主编 自动控制原理 国防工业出版社
22 机电一体化技术手册 机械工业出版社
23 强金龙 非电量电测技术 高等教育出版社 1989
24 李树人等 转速测量技术 中国计量出版杜 1986
25 潘新民等 微型计算机与传感器技术 人民邮电出版社 1988
26 陈一才编著 建筑电工手册 中国建筑工业出版社
27 工厂常用电气设备手册 水利电力出版社 1998．9
28 《THE ENCYCLOPEDIA OF ELECTRONIC CIRCUITS》Rudolf F.Graf TAB Books Inc.1985.
29 低压电器选用维修手册 郑铭芳等编 机械工业出版社 1988．5
30 蔡自兴、徐光佑 人工智能及其应用 清华大学出版社 1996
31 GB—50052—95 供配电系统设计规范
32 GB—50054—95 低压配电设计规范
33 丁士启、罗安 利用串调技术、实施水泵节能改造 计算技术与自动化VoL．20 No．3
34 丁士启等 变频器在供水系统中的节能应用 中南工业大学学报 VOL31
35 高爱卿 一种基于模糊控制的双馈电动机调速系统电气传动自动化 VoL．20 No．1 Feb1998
36 秦晓平、王真成 感应电动机的双馈调速和串级调速 机械工业出版社 1990
37 李士勇、夏承光 模糊控制和智能控制理论与应用 哈尔滨工业大学出版社 1990
38 张乃尧 神经网络与模糊控制 清华大学出版社 1996
39 舒迪前、饶立昌 自适应控制 东北大学出版社 1993
40 孙增圻 基于模糊状态模型的连续系统控制器的设计和稳定性分析 自动化学报 1998．24
2 林启华 泵与风机的变速节能 水利电力出版社 1986．5
3 苏彦民、李宏 交流调速系统的控制策略 机械工业出版社1998．6
4 邱关源 电路 高等教育出版社 第三版
5 黄俊 王兆安 电力电子变流技术 机械工业出版社 1992
6 杨欣荣、林玉华等编著 现代测控技术与智能仪器 湖南科学技术出版社1996．7
7 易继锴、侯媛彬著 智能控制技术 北京工业大学出版社 1999．9
8 满永奎等编 通用变频器及其应用 机械工业出版社 1995．8
9 杨兴瑶编著 电动机调速的原理与系统 水利电力出版社
10 方大千编 电工计算手册 山东科技出版社
11 电气工程师手册 机械工业出版社
12 《机电一体化技术手册》 机械工业出版社
13 常健生主编 检测与转换技术 机械工业出版社
14 陈伯时主编 电力拖动自动控制系统 第二版 机械工业出版社
15 陈际达著 线性控制系统 中南工业大学出版社
16 工程建设标准规范分类汇编 电气设计规范 中国建设工业出版社
17 动力工程师手册 机械工业出版社
18 胡景生主编 电网经济运行与能源标准化 中国标准出版社
19 符曦编著 系统最优化及控制 机械工业出版社
20 张明达著 最优控制工程 中南工业大学出版社
21 李友善主编 自动控制原理 国防工业出版社
22 机电一体化技术手册 机械工业出版社
23 强金龙 非电量电测技术 高等教育出版社 1989
24 李树人等 转速测量技术 中国计量出版杜 1986
25 潘新民等 微型计算机与传感器技术 人民邮电出版社 1988
26 陈一才编著 建筑电工手册 中国建筑工业出版社
27 工厂常用电气设备手册 水利电力出版社 1998．9
28 《THE ENCYCLOPEDIA OF ELECTRONIC CIRCUITS》Rudolf F.Graf TAB Books Inc.1985.
29 低压电器选用维修手册 郑铭芳等编 机械工业出版社 1988．5
30 蔡自兴、徐光佑 人工智能及其应用 清华大学出版社 1996
31 GB—50052—95 供配电系统设计规范
32 GB—50054—95 低压配电设计规范
33 丁士启、罗安 利用串调技术、实施水泵节能改造 计算技术与自动化VoL．20 No．3
34 丁士启等 变频器在供水系统中的节能应用 中南工业大学学报 VOL31
35 高爱卿 一种基于模糊控制的双馈电动机调速系统电气传动自动化 VoL．20 No．1 Feb1998
36 秦晓平、王真成 感应电动机的双馈调速和串级调速 机械工业出版社 1990
37 李士勇、夏承光 模糊控制和智能控制理论与应用 哈尔滨工业大学出版社 1990
38 张乃尧 神经网络与模糊控制 清华大学出版社 1996
39 舒迪前、饶立昌 自适应控制 东北大学出版社 1993
40 孙增圻 基于模糊状态模型的连续系统控制器的设计和稳定性分析 自动化学报 1998．24