基于ARM的锅炉汽包水位控制系统的研究

论文摘要

锅炉控制是一个复杂的控制过程,为保证锅炉的运行安全以及提供合格的蒸汽适应负荷的需要,各个环节的工艺参数必须严格控制,建立较为精确的数学模型。而汽包水位是工业锅炉安全、稳定运行的重要指标。由于锅炉一般负荷变化大、启停频繁,依靠人工操作很难保证其稳定、安全地在经济工况下长期运行,因此,自动控制已成为锅炉安全高效运行的保证。锅炉的建模与控制问题一直是人们关注的焦点。但是对于锅炉这一非线性、时变、多变量耦合、死区、扰动大的复杂系统而言,这绝非一件易事。保证水位控制在给定范围内,对于减少设备损耗和运行损耗、提高蒸汽品质、确保整个网络安全运行具有重要意义。目前大多数锅炉汽包水位的控制方式都采用常规PID控制,由于其控制参数是固定不变的,其控制效果往往难以满足要求。本文根据锅炉控制现状,提出了参数自整定遗传算法控制规则,设计了自适应遗传算法PID控制器对汽包水位进行控制,克服了传统控制方式的参数难以调整和控制效果不精确等缺点。从而可以实现锅炉汽包水位串级三冲量的实时控制。仿真结果表明本系统能够基本消除扰动对水位的影响,自适应能力更强,抗干扰能力和鲁棒性更好,保证水位的稳定。在控制器的设计上以微处理器ARM芯片S3C2410A为核心设计了遗传算法自适应PID控制系统,使控制算法和整定算法在硬件上得以实现。应用Matlab对汽包水位控制系统进行仿真分析和验证。基于ARM的锅炉汽包水位遗传算法PID自适应控制系统可以满足较高的控制要求,是一种很有前途的控制方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景
• 1.2 锅炉汽水系统
• 1.2.1 汽包锅炉简介
• 1.2.2 汽包水位控制系统
• 1.3 锅炉汽包水位控制系统现状
• 1.3.1 论文完成的主要工作
• 1.3.2 论文结构
• 2 锅炉汽包水位常规控制系统
• 2.1 常规PID算法
• 2.2 汽包水位的动、静态特性
• 2.2.1 汽包水位在给水流量作用下的动态特性
• 2.2.2 汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性
• 2.2.3 燃料量扰动下汽包水位的动态特性
• 2.2.4 水位对象静态特性分析
• 2.3 目前主要存在的水位控制系统
• 2.3.1 单冲量水位控制方案
• 2.3.2 双冲量控制方案
• 2.3.3 三冲量控制方案
• 2.4 几种汽包水位控制系统方案归纳
• 2.5 汽包水位智能控制系统方案确定
• 3 锅炉汽包水位控制器的设计
• 3.1 遗传算法
• 3.1.1 遗传算法的历史和发展
• 3.1.2 遗传算法的应用领域
• 3.1.3 遗传学的概念
• 3.1.4 遗传算法的基本原理
• 3.1.5 遗传算法的基本步骤
• 3.1.6 遗传算法的应用关键
• 3.2 基于遗传算法的锅炉汽包水位PID控制器设计
• 3.2.1 基于遗传算法锅炉汽包水位PID控制系统
• 3.2.2 基于遗传算法的PID控制器设计
• 3.2.3 基于遗传算法的PID参数整定
• 3.3 在MATLAB/Simulink中的仿真
• 3.3.1 系统的Simulink仿真模型
• 3.3.2 仿真结果分析
• 4 控制系统主要硬件电路
• 4.1 控制系统的总体设计
• 4.2 ARM芯片的选取
• 4.2.1 S3C2410A ARM简介
• 4.2.2 S3C2410A微处理器的基本结构
• 4.2.3 基于数S3C2410A微处理器的硬件平台结构
• 4.2.4 S3C2410A的存储器系统
• 4.2.5 S3C2410A的I/O接口
• 4.2.6 S3C2410A的UART操作
• 4.3 遗传算法PID控制器的硬件结构
• 4.4 系统复位电路
• 4.5 系统时钟电路
• 4.6 系统的供电电源设计
• 4.7 D/A转换模块
• 4.8 人机接口
• 4.8.1 LCD控制器
• 4.8.2 键盘接口设计
• 4.9 CAN总线接口设计
• 4.10 设备选型
• 4.10.1 流量信号的输入及变送采用AI-808H型仪表
• 4.10.2 汽包液位测量选用HR-FT型智能浮筒液位计
• 4.10.3 调节阀选用HRL系列电动执行器
• 5 系统软件设计
• 5.1 汽包水位控制系统输入和输出参数
• 5.2 用C语言开发ARM芯片的软件
• 5.3 系统软件设计
• 5.3.1 系统主程序
• 5.3.2 中断处理
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果