智能游梁式抽油系统动力学与控制优化研究
这是一篇关于智能游梁式抽油机,变频控制,闭环矢量控制,实时频率优化,动力性能评价,气动平衡的论文, 主要内容为随着油田的开采进程,原油开采难度增加。常规的游梁机存在运行状态单一、平衡调节繁琐等问题,新的抽油系统应该具有可控冲次、平衡闭环调节、智能化等优势。本文智能游梁式抽油机的设计方案,主要研究内容如下:设计了一款智能游梁式抽油机。本机以复合平衡游梁式抽油机结构为基础,采用变频器控制三相异步电机的瞬时频率,实现了抽油机冲次的自动调节,并通过优化实时频率改善系统动力性能;应用气动平衡装置实现了平衡状态的自动调节。该机具结构简单、运行可靠、动力性能优越等优点,并且实现了冲次、平衡状态的智能调节。首先考虑频率的实时变化,建立了变频控制异步电机的机械特性仿真模型。然后在分别建立地面装置单自由度刚性构件系统仿真模型、基于波动方程的抽油杆柱纵向振动仿真模型的基础上,最后建立了智能抽油系统机电耦合动力学仿真模型。仿真结果表明,智能抽油系统动力性能优越,节能效果显著。将电压实时频率函数简化为傅里叶级数,以傅里叶级数的系数作为优化设计变量,综合考虑冲次、上下冲程时间比例、频率变化范围与油井产量等约束条件,以电动机输出功率平均值和曲柄净扭矩均方根加权最小为系统优化设计的目标函数,建立了实时频率函数优化模型。优化结果表明,优化实时频率函数可以显著提高智能抽油系统的动力性能与节能效果。基于转子磁链定向控制的空间矢量变换与SVPWM算法,实现了对励磁电流和转矩电流解耦控制,并设计了电机转速环和电流环的经典PI调节器,建立了电源实时频率在线闭环控制系统;基于对平衡度范围约束,建立了气动平衡闭环系统。仿真结果表明,所设计的闭环控制系统具有较高的控制精度,实现了抽油系统的优化运行。
智能游梁式抽油系统动力学与控制优化研究
这是一篇关于智能游梁式抽油机,变频控制,闭环矢量控制,实时频率优化,动力性能评价,气动平衡的论文, 主要内容为随着油田的开采进程,原油开采难度增加。常规的游梁机存在运行状态单一、平衡调节繁琐等问题,新的抽油系统应该具有可控冲次、平衡闭环调节、智能化等优势。本文智能游梁式抽油机的设计方案,主要研究内容如下:设计了一款智能游梁式抽油机。本机以复合平衡游梁式抽油机结构为基础,采用变频器控制三相异步电机的瞬时频率,实现了抽油机冲次的自动调节,并通过优化实时频率改善系统动力性能;应用气动平衡装置实现了平衡状态的自动调节。该机具结构简单、运行可靠、动力性能优越等优点,并且实现了冲次、平衡状态的智能调节。首先考虑频率的实时变化,建立了变频控制异步电机的机械特性仿真模型。然后在分别建立地面装置单自由度刚性构件系统仿真模型、基于波动方程的抽油杆柱纵向振动仿真模型的基础上,最后建立了智能抽油系统机电耦合动力学仿真模型。仿真结果表明,智能抽油系统动力性能优越,节能效果显著。将电压实时频率函数简化为傅里叶级数,以傅里叶级数的系数作为优化设计变量,综合考虑冲次、上下冲程时间比例、频率变化范围与油井产量等约束条件,以电动机输出功率平均值和曲柄净扭矩均方根加权最小为系统优化设计的目标函数,建立了实时频率函数优化模型。优化结果表明,优化实时频率函数可以显著提高智能抽油系统的动力性能与节能效果。基于转子磁链定向控制的空间矢量变换与SVPWM算法,实现了对励磁电流和转矩电流解耦控制,并设计了电机转速环和电流环的经典PI调节器,建立了电源实时频率在线闭环控制系统;基于对平衡度范围约束,建立了气动平衡闭环系统。仿真结果表明,所设计的闭环控制系统具有较高的控制精度,实现了抽油系统的优化运行。
基于变频控制的烧结终点控制系统的设计与实现
这是一篇关于变频控制,烧结生产异常诊断,烧结终点控制,模糊神经网络的论文, 主要内容为烧结生产是现代钢铁企业中的重要工序,它是高炉进料前的一个尤为重要的环节。随着全社会环保节能意识的不断增强,在冶金工业中开展节能减耗的改进刻不容缓。而目前,我国实际的烧结生产控制技术以及自动化水平相对较低,在很大程度上限制了烧结矿品质。作为直接影响高炉炼钢经济效益的关键环节,对于烧结过程的改进势在必行。因此,针对烧结终点的预测以及控制是对整个烧结工艺的关键所在。本文以杭钢集团炼铁厂烧结车间烧结机为背景,展开了烧结变频改造、烧结终点预报、稳定控制以及过程异常诊断等方面的研究。具体做了以下几个方面的工作:(1)分析国内外烧结状态控制以及异常诊断研究现状。(2)细致地阐述了烧结工艺的整体流程,分析烧结工艺特点以及烧结过程中主要的控制难点。(3)针对杭钢烧结系统自动化水平不高,已难以满足实际生产需求的具体实际,展开改造设计。主要包含烧结机主抽风机的变频改造,通过变频器来实时有效地控制主抽风机的频率来稳定烧结终点位置,同时还可以节能减耗,以此代替传统通过调节台车速度来实现烧结终点位置控制的方法;另外还设计了烧结系统生产异常预判分析系统,及时获取故障信息。(4)针对烧结终点位置控制问题,建立基于模糊神经网络的烧结终点预测控制器,通过滚动优化的方式实时计算目标性能函数获取当前及之后时刻的控制量,即主抽频率,以此得到最优的控制量。并将所设计控制器与传统模糊控制器进行对比仿真实验,实验结果表明本文所设计的预测控制器具有更加优越的控制性能。(5)在完成变频改造方案及控制器设计的基础上,开展实际开发与应用。主要开发的功能模块有:数据采集模块、烧结终点控制模块、生产异常诊断模块等。本文主要完成了烧结终点控制及异常诊断系统的设计和项目应用,编制了相关数据库和控制软件。最终在杭钢集团1#烧结进行了调试并实际应用,通过现场实际的运行结果反馈,本文的策略对烧结终点的位置控制效果明显改善,同时实现了节能减耗。
换热机组数字逻辑控制系统的模块化研究与应用
这是一篇关于换热机组,变频控制,现场可编程门阵列,三次谐波注入的论文, 主要内容为伴随着经济的高速、高质量发展,清洁低碳、资源节约、可持续发展等绿色发展理念逐步深入到工业发展的各个角落。换热器作为我国北方寒冷地区特色产业,其对能源的生产利用和居民的生活质量改善有着举足轻重的意义。我国换热器行业经过数十年的发展,仍存在一系列瓶颈问题,比如换热机控制系统依赖国外进口元器件,供应慢、维护困难、高额费用等因素制约了产业技术发展。本文针对城镇集中供热系统楼宇板式换热机组,采用现场可编程门阵列(FPGA,Field-Programmable Gate Array)作为系统主要的控制芯片,选择最优参数三次谐波注入SPWM控制作为系统的变频控制方案,研究设计高效的模块化设备。本文主要开展以下研究工作:首先,建立了换热机组变频装置数学模型,分析其中谐波的产生机理,并研究SPWM控制原理,在MATLAB/Simulink环境下搭建仿真模型,进行仿真分析。通过仿真结果得出常规SPWM控制,由于系统中谐波的干扰,输出波形仍然存在波动、毛刺等现象。针对系统中电压利用率低的问题,在常规SPWM控制的基础上,提出了最优参数三次谐波注入SPWM控制,并介绍其基本原理,推导谐波注入的最佳条件,在MATLAB/Simulink环境下搭建仿真模型,与常规SPWM控制进行仿真结果对比分析。结果表明,注入三次谐波后,频谱图中,电压利用率有明显提升,并且谐波含量有明显的降低,验证了最优参数三次谐波注入SPWM控制的可行性。其次,搭建换热机组逻辑控制实验平台,电路部分通过Altium Designer设计了主控板模块、变频控制模块、输入输出模块、信号输出模块、通信模块以及电源模块;控制策略部分通过Vivado平台设计了传统SPWM控制和最优参数三次谐波注入SPWM控制,编写比较输出模块和死区控制模块,调用IP核设计了调制波产生模块,定义了按键模块、led控制和频率控制模块等。各模块设计完成后在Vivado平台下实现了两种方式的仿真验证,确保了程序的可行性。对完成后的各模块在Vivado平台下进行调试和仿真分析,生成数据文件烧写进Artix-7系列开发板。连接180 W三相异步电机,在示波器下观察发现,相较于常规SPWM控制,引入最优参数三次谐波注入SPWM控制后,在输出波形的波动、毛刺等问题上产生了有效的改善。最后,针对换热机组控制系统配置了相应的人机交互界面,实现用户、运行方式、数据维护、驱动控制等高效管理。对运行过程中所需监控的数字量和模拟量,开发了基于Microsoft visual studio的远程监控平台,并配置了各类测量装置。实验样机以阻性负载和电机负载为控制对象开展了一系列变频控制实验,在阻性变频实验成功的前提下,进行电机变频实验后能保证正常运行,同时进一步对比了传统SPWM控制和最优参数三次谐波注入SPWM控制的电机输出线电压对比,结果表明输出波形平滑稳定,有较好的控制效果,达到预期目标。本文研究了Verilog HDL语言模块化的控制策略;FPGA技术下的小型化控制设备;聚焦目前市场上换热器的控制系统、性能指标等方面进行综合分析后,基于FPGA技术,使用Verilog HDL语言实现最优参数三次谐波注入SPWM控制,运用Altium Designer设计硬件电路,对系统配置相应的外设,使控制系统将小型化和模块化等优势集于一体,在实际应用中有较好的工程应用价值。
基于变频控制的烧结终点控制系统的设计与实现
这是一篇关于变频控制,烧结生产异常诊断,烧结终点控制,模糊神经网络的论文, 主要内容为烧结生产是现代钢铁企业中的重要工序,它是高炉进料前的一个尤为重要的环节。随着全社会环保节能意识的不断增强,在冶金工业中开展节能减耗的改进刻不容缓。而目前,我国实际的烧结生产控制技术以及自动化水平相对较低,在很大程度上限制了烧结矿品质。作为直接影响高炉炼钢经济效益的关键环节,对于烧结过程的改进势在必行。因此,针对烧结终点的预测以及控制是对整个烧结工艺的关键所在。本文以杭钢集团炼铁厂烧结车间烧结机为背景,展开了烧结变频改造、烧结终点预报、稳定控制以及过程异常诊断等方面的研究。具体做了以下几个方面的工作:(1)分析国内外烧结状态控制以及异常诊断研究现状。(2)细致地阐述了烧结工艺的整体流程,分析烧结工艺特点以及烧结过程中主要的控制难点。(3)针对杭钢烧结系统自动化水平不高,已难以满足实际生产需求的具体实际,展开改造设计。主要包含烧结机主抽风机的变频改造,通过变频器来实时有效地控制主抽风机的频率来稳定烧结终点位置,同时还可以节能减耗,以此代替传统通过调节台车速度来实现烧结终点位置控制的方法;另外还设计了烧结系统生产异常预判分析系统,及时获取故障信息。(4)针对烧结终点位置控制问题,建立基于模糊神经网络的烧结终点预测控制器,通过滚动优化的方式实时计算目标性能函数获取当前及之后时刻的控制量,即主抽频率,以此得到最优的控制量。并将所设计控制器与传统模糊控制器进行对比仿真实验,实验结果表明本文所设计的预测控制器具有更加优越的控制性能。(5)在完成变频改造方案及控制器设计的基础上,开展实际开发与应用。主要开发的功能模块有:数据采集模块、烧结终点控制模块、生产异常诊断模块等。本文主要完成了烧结终点控制及异常诊断系统的设计和项目应用,编制了相关数据库和控制软件。最终在杭钢集团1#烧结进行了调试并实际应用,通过现场实际的运行结果反馈,本文的策略对烧结终点的位置控制效果明显改善,同时实现了节能减耗。
换热机组数字逻辑控制系统的模块化研究与应用
这是一篇关于换热机组,变频控制,现场可编程门阵列,三次谐波注入的论文, 主要内容为伴随着经济的高速、高质量发展,清洁低碳、资源节约、可持续发展等绿色发展理念逐步深入到工业发展的各个角落。换热器作为我国北方寒冷地区特色产业,其对能源的生产利用和居民的生活质量改善有着举足轻重的意义。我国换热器行业经过数十年的发展,仍存在一系列瓶颈问题,比如换热机控制系统依赖国外进口元器件,供应慢、维护困难、高额费用等因素制约了产业技术发展。本文针对城镇集中供热系统楼宇板式换热机组,采用现场可编程门阵列(FPGA,Field-Programmable Gate Array)作为系统主要的控制芯片,选择最优参数三次谐波注入SPWM控制作为系统的变频控制方案,研究设计高效的模块化设备。本文主要开展以下研究工作:首先,建立了换热机组变频装置数学模型,分析其中谐波的产生机理,并研究SPWM控制原理,在MATLAB/Simulink环境下搭建仿真模型,进行仿真分析。通过仿真结果得出常规SPWM控制,由于系统中谐波的干扰,输出波形仍然存在波动、毛刺等现象。针对系统中电压利用率低的问题,在常规SPWM控制的基础上,提出了最优参数三次谐波注入SPWM控制,并介绍其基本原理,推导谐波注入的最佳条件,在MATLAB/Simulink环境下搭建仿真模型,与常规SPWM控制进行仿真结果对比分析。结果表明,注入三次谐波后,频谱图中,电压利用率有明显提升,并且谐波含量有明显的降低,验证了最优参数三次谐波注入SPWM控制的可行性。其次,搭建换热机组逻辑控制实验平台,电路部分通过Altium Designer设计了主控板模块、变频控制模块、输入输出模块、信号输出模块、通信模块以及电源模块;控制策略部分通过Vivado平台设计了传统SPWM控制和最优参数三次谐波注入SPWM控制,编写比较输出模块和死区控制模块,调用IP核设计了调制波产生模块,定义了按键模块、led控制和频率控制模块等。各模块设计完成后在Vivado平台下实现了两种方式的仿真验证,确保了程序的可行性。对完成后的各模块在Vivado平台下进行调试和仿真分析,生成数据文件烧写进Artix-7系列开发板。连接180 W三相异步电机,在示波器下观察发现,相较于常规SPWM控制,引入最优参数三次谐波注入SPWM控制后,在输出波形的波动、毛刺等问题上产生了有效的改善。最后,针对换热机组控制系统配置了相应的人机交互界面,实现用户、运行方式、数据维护、驱动控制等高效管理。对运行过程中所需监控的数字量和模拟量,开发了基于Microsoft visual studio的远程监控平台,并配置了各类测量装置。实验样机以阻性负载和电机负载为控制对象开展了一系列变频控制实验,在阻性变频实验成功的前提下,进行电机变频实验后能保证正常运行,同时进一步对比了传统SPWM控制和最优参数三次谐波注入SPWM控制的电机输出线电压对比,结果表明输出波形平滑稳定,有较好的控制效果,达到预期目标。本文研究了Verilog HDL语言模块化的控制策略;FPGA技术下的小型化控制设备;聚焦目前市场上换热器的控制系统、性能指标等方面进行综合分析后,基于FPGA技术,使用Verilog HDL语言实现最优参数三次谐波注入SPWM控制,运用Altium Designer设计硬件电路,对系统配置相应的外设,使控制系统将小型化和模块化等优势集于一体,在实际应用中有较好的工程应用价值。
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