基于模糊PID控制的石油钻井电机控制系统

为保证石油钻井电机按照指定转速完成钻井作业,设计了基于模糊PID控制的石油钻井电机转速控制系统。系统上位机通过RS-232驱动芯片将控制指令与参数传输至DSP控制模块,DSP控制模块通过中央处理器启动增量式光电编码器跟踪电机实际转速,并结合实际转速调整控制指令后,转换成电机转速控制执行指令下达至电机速度调节器,基于模糊PID控制的电机转速控制方案控制石油钻井电机转速。实验结果表明:采用所设计系统进行控制,不论是空载工况还是负载工况,石油钻井电机都可按照指定转速运行,且转速多次切换均不存在超调问题,切换时间与转速值都与控制指令要求一致。

基于PID自控系统的原油稳定工艺关键设备参数动态模拟

针对原油稳定工艺在运行工况发生改变时,工艺参数波动大的问题,利用HYSYS软件,建立了负压闪蒸原油稳定动态模型,通过工程经验法,分析了比例系数、积分系数和微分系数对未稳定原油流量、原油稳定塔压力和缓冲分离器液位的影响规律,初步确定了参数整定范围和数值,并基于遗传算法对整定参数进行细化,解决了工艺系统的不稳定性和波动性。结果表明,在流量控制中,添加比例系数可明显缩短恢复时间,比例系数从0.5到2,恢复时间节省了53%,添加积分系数可减少系统静差,积分系数从3到0.1,恢复时间先减小后缓慢增大;在压力控制中,比例系数对于压力变化的敏感性较强,积分系数为5时的恢复时间较纯比例系数控制相比,节省了31.3%,且超调范围和最大超调量较小;在液位控制中,比例系数越大,对液位的影响越不明显,积分系数为1时,系统超调量最小;遗传算法优化后,各变量的恢复时间、超调量和稳态误差等均有不同程度下降。该研究结果可为原油稳定工艺中PID(比例-积分-微分)自控系统的参数设置提供参考。

基于粒子群算法优化PID的海上风电柔直并网系统调频控制

针对海上风电柔直并网系统存在电压以及频率失稳的问题,提出基于粒子群算法优化PID的海上风电柔直并网系统调频控制方法。海上风电柔直并网系统利用频率控制器确定风电场的无功电流指令,利用PID控制器将无功电流值依据比例精准划分至各风机中,采用粒子群算法优化PID控制器,获取PID控制器的最优比例增益、微分增益以及积分增益三个参数,PID控制器利用获取的最优参数进行海上风电柔直并网系统调频控制。实验结果表明,所提方法可以高精度进行海上风电柔直并网系统实施调频控制,可以使海上风电场柔直并网系统维持稳定的运行状态。

基于模糊PID算法的智慧家居远程照明控制技术研究

常规的智慧家居远程照明控制技术以工作电流控制为主,受到家居照明的非线性特征影响,照明控制偏差较大。信号模糊化一直是智能家居远程照明控制的难点,因此,设计了基于模糊PID算法的智慧家居远程照明控制技术。确定智慧家居远程智能调光照度阈值,通过A/D采样获取智慧家居照度,并通过脉宽调制调节光源功率,从而满足智慧家居照明的舒适性需求。基于模糊PID算法构建智慧家居远程照明控制框架,在智慧家居上设置控制节点,通过GPRS、3G、4G、5G或Wi-Fi联网控制家居照明,确保家居照明远程控制效果。进行模糊化处理,确定智慧家居远程照明控制的模糊规则,并进行解模糊化处理,完成对智慧家居远程照明的精准控制。采用对比实验,验证了该技术的远程照明控制效果更佳,能够应用于实际生活中。

施肥播种机肥料流量分段式PID控制系统设计与试验

施肥稳定性是评价变量施肥系统性能的重要指标,针对常规外槽轮式排肥器排肥时脉动性明显导致排肥均匀性差的问题,提出了基于肥料流量反馈的分段式PID控制方法,并设计了施肥播种机高精度肥料流量控制系统,系统采用肥料流量检测模块获取实时肥料流量并作为反馈输入,结合目标肥料流量,根据分段式PID控制算法得到控制输出量,驱动施肥电机,实现肥料流量的准确控制。搭建了施肥试验台,进行了肥料流量变化阶跃响应与施肥精度的台架试验,结果表明,肥料流量控制系统的阶跃响应时间最大值为1.42 s,均值为0.98 s,超调量最大值为3.49%,均值为2.82%,稳态误差最大值为0.89%,均值为0.64%,施肥量控制精度最小值为97.83%,均值为98.14%。在不同试验条件下,肥料流量控制系统的肥料流量控制精度与施肥精度均优于恒定转速系统。田间试验表明,当车速为4、6、8 km/h时,肥料流量控制系统的施肥量控制精度分别为97.84%、97.78%和97.82%,施肥量控制精度平均值为97.81%,标准偏差为0.28%,能够满足高精度施肥需求。

基于自适应模糊PID的小麦播深控制系统研究

针对目前小麦播种机在复杂的田间作业过程中存在的播深一致性和稳定性难以控制等问题,从调节覆土量确定小麦播深的控制角度出发,提出了一种基于播深反馈的模糊PID控制方法,设计了小麦播种机高精度播深控制系统,实现了播深的自动调控,保证了小麦播深的均匀一致性。该系统主要由车载终端、播深检测模块、播前镇压辊检测模块以及播前镇压辊调节机构等4部分组成,能够实现小麦播种机播深的实时检测及调整。通过播深检测模块获取实时播深并作为反馈输入,结合播深预设值,根据专家模糊规则和Mamdani推理法对PID参数进行在线整定得到控制输出量,控制驱动器调整播前镇压辊位置,不断调整作业过程中的覆土量,从而实现对播深的实时精确控制,确保播深的一致性。田间试验结果表明:播种作业过程中,播深存在小范围波动。当设定播深为30 mm、车速为3~5 km/h时,播深平均值为30.13 mm,播深标准差为0.18 mm,播深合格率均值为93%,播深变异系数均值为2.93%。该系统实现了小麦播种机播深均匀一致的实时自适应调控。

PID控制参数对重力式三相分离器生产工艺的影响

在海上平台的生产过程中,由于油井采出液是天然气、原油、水和矿物杂质等物质的混合物,不能直接外输,需要进行一定的工艺处理后方可外输、储存或销售。三相分离器作为在该处理过程中较为成熟的设备,已在海上平台的生产中得到普遍应用。其中,重力沉降式三相分离器作为基本的分离设备得到了广泛应用。由于海上平台存在大量立管,管内流体可能出现段塞流等不稳定工况,为了保证稳定生产,需要使用一定的控制理论来控制三相分离器的生产过程。PID控制作为成熟稳定的控制理论已普遍应用于现场的生产。因此,对重力沉降式三相分离器及对应压力PID控制器、液位PID控制器的工艺流程及相关参数设置的模拟对于现场生产过程具有一定的指导意义。本文通过对某海上平台现场数据图纸进行深入分析,建立相对应的生产工艺流程模型,利用HYSYS软件模拟该海上平台对于油气处理相关工艺流程的生产过程,验证了PID控制器在生产中保证稳定生产的重要作用。并在基本工况模拟的基础上设计来流不稳定工况进一步验证对比PID控制对于来流波动的控制效果,并针对不同频率、不同气液比的不稳定来流整理分析了PID控制的响应特性。此外,在流程模拟的基础上,针对PID控制系统各项特性参数(比例增益、积分时间、微分时间)的选取进行了深入研究并完成敏感性分析,对于不同的被控参数如:压力、液位等,根据各参数的相应特性提出了对应的PID参数推荐设置。

基于ENMSSFMPC-PID的原油稳定加热炉温度控制

为实现对非线性和时变系统的更精准建模和控制,适应系统动态变化和参数变化,应对系统变化和外部干扰,实现更可靠和安全的过程生产控制,提出一种新型模型预测控制策略。基于分数阶微积分运算的扩展非最小状态空间模型预测控制(ENMSSFMPC)算法,状态空间模型包含状态变量和输出跟踪误差,通过分数阶定义将系统模型离散化,利用ENMSSFMPC对比例—积分—微分(PID)控制器进行参数滚动优化,获得实时最优控制参数。原油稳定加热炉模型仿真结果表明,该控制策略优于传统的模型预测控制、非最小状态空间模型预测控制和分数阶模型预测控制。

种植机械深度控制系统液压油黏度PID算法研究

针对不同温度下使用不同液压油的种植机械种植深度控制系统,提出一种考虑液压油黏度的PID控制算法。首先,采用Ziegler-Nichols(Z-N)第二方法确定PID系数,应用Routh稳定性准则对系数进行优化;其次,采用PID控制器的极点和双零点最小化响应的持续振荡;最后,将算法应用于3种液压油(32号,46号,68号)进行性能验证。仿真结果表明:不考虑黏度的PID控制算法响应速度慢,不满足边界条件,不能对种植深度进行精确控制;考虑黏度的PID算法能精确控制系统比例阀的压力,所有液压油最大压力不超过1.55 MPa,稳定时间不大于0.45 s,稳态误差为0%,最大超调量17.52%,满足设定要求。

基于二自由度PID的三相PWM整流器调压改进策略

基于前端电压源型整流器(voltage source rectifier,VSR)与后端电压源型逆变器(voltage source inverter,VSI)级联的VSR-VSI双三相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)变换器已在电梯能量回馈系统中得到广泛应用,但前端三相VSR采用传统比例积分(proportional integral,PI)双闭环控制结构通常存在中端直流母线电压无法兼顾抗干扰性和跟踪性的问题。为此,文中提出一种基于二自由度比例积分微分(proportional integral differential,PID)的三相PWM整流器调压改进策略。首先,阐述基于VSR-VSI双三相PWM变换器级联系统的结构和工作原理,并给出前端三相VSR的传统PI双闭环控制方案及其参数设计过程,分析该方案不能兼具良好的抗干扰性与跟踪性的原因。在此基础上,给出基于二自由度PID的前端三相VSR直流调压优化策略及其参数设计方法。最后,利用软件仿真与实验测试对比结果共同验证了所述三相PWM-VSR直流调压改进策略的有效性与优越性。

基于S7-1500 PLC船舶柴油机油温PID控制器设计及系统监控

传统的船舶油温控制系统多使用继电器控制,其控制功能的实现都需要相应的继电器使用硬件接线来实现,所以一旦系统复杂,体积将会变得十分巨大,占用更多的船舶空间,而且效率不高,完成相应功能的耗电量大,并且在复杂环境下容易出故障,可靠性较低,在海上的保障能力较弱。为此文中介绍了船用PLC、温度传感器冗余设计,以及基于S7-1500PLC的船舶柴油机油温PID控制器设计及系统监控。

基于SCADA-DCS通讯技术的油气开采数据自动化采集与控制系统

设计基于SCADA-DCS通讯技术的油气开采数据自动化采集与控制系统。系统以SCADA服务器为上层监控服务器,通过与井站现场仪器仪表实时通信,监控整个开采过程。当油气缓冲罐液位越限时,SCADA服务器自动下达指令至原油处理站DCS,启动基于智能PID的油泵控制器,调节油泵变频器,控制油气液位不溢出。系统使用SCADA-DCS通讯技术的MODBUS通信协议,并根据通信中断优先级分配方法,确保对中断处理时间要求高的通信请求能实时响应。实验结果表明,该系统能提升油气液位控制和紧急信息通讯效率。

造纸用全自动数控加色系统的设计和应用

随着我国制浆造纸产业技术的不断发展和人们对美感的追求,无论是包装用纸、文化用纸还是办公用纸,对纸张的外观颜色和纸张颜色均一性提出了较高的要求。设计出有效控制纸张颜色、减少色差的造纸用加色系统尤为重要。对此,首先简述了计算机颜色空间和色差的计算方法,介绍了三种纸张颜色控制方法,如今的造纸企业多采用全自动数控的加色系统进行颜色控制。因此,构建了加色系统的数学模型和总体控制框架,引入遗传算法来确定最优的PID控制参数。基于FPGA硬件开发平台,进行了颜色控制系统的硬件设计,采用FPGA和SOPC技术进行各功能模块的设计,完成整个造纸用加色系统的实现。

智能PID算法在炉温度控制系统中的运用

针对工业炉温度控制系统被控参数通常具有时变性、非线性、不确定性等特点,常规PID控制难以满足高精度控制的现状,提出了智能PID算法与PIC1684单片机的温度控制系统。系统利用热电偶检测温度,经温度变送器变换为标准电压信号后送A/D0809转换成数字信号,PIC1684单片机与设定值比较,单片机执行智能PID算法并输出控制量去调节可控硅的触发脉冲,从而实现了温度的实时控制。研究结果表明:该控制器具有静态精度高、自适应能力强、可靠性高、抗干扰性强的特点,炉温控制效果良好。

浅水受限区水下油气田开发方案

针对国内浅水油气资源开发环境影响及空间受限等问题,本文提出了国产浅水水下生产系统的总体设计方案。通过对浅水水下生产系统关键设备结构进行分析,提出了一种满足受限区海域开发要求的环境友好型设计思路。结果表明:通过系统和总体布置的设计,国产浅水水下生产系统与深水相比在单体重量、作业方式、维护检修方面更加经济。

风电机组叶片的无人机除冰控制系统设计与优化

针对内蒙古等北方高寒地区风电机组叶片覆冰问题,提出风电机组叶片的无人机除冰喷射控制系统。基于STM32F103基础,设计无人机除冰控制系统,从除冰剂喷射控制、传感器采集数据实时监测、遥控操作及装置安全控制等功能需求出发,制定系统方案并完成除冰控制系统总体设计,针对试验中流量控制存在的问题对除冰控制系统的PWM驱动控制部分进行软硬件优化,采用离散式PID控制算法,负反馈闭环控制系统提高流量精度和除冰效率。完成除冰控制装置整合及系统调试,搭建实验平台,选择八旋翼无人机载具并进行参数设置及飞行测试,最终完成整个除冰无人机设备整合,实现精准局部除冰。

一种典型闭环PID控制教学实验设计

利用浙江天煌教仪公司THETDA-4型实验教学平台,通过设计帆板倾角控制系统实验,让学生了解工程项目规范化的软硬件设计及调试要求,熟悉闭环电子控制系统的结构,掌握PID控制和PWM方法的应用。实验涉及同步串行IIC通信协议、卡尔曼滤波、基于双定时器的脉冲宽度调制、PID算法、虚拟串口示波器、无字库液晶的取模及驱动、机械结构的制作等,该实验属于一个典型的闭环PID控制综合实验,可作为单片机课程综合设计和大学生电子设计竞赛实训实验。

国产水下生产系统在渤海油田的首次应用

为了突破外国的技术限制,实现国产化水下油气生产技术的顺利实现,因此有必要开展对国产化水下油气生产技术的研究。文章概括了中国水下油气生产装置的研究开发历程,并阐述了全水式、电液复合式和全电式等水下生产系统的主要运行模式和特征,并归纳出各生产装置的主要优势与缺陷。以流花11-1油气田、流花16-2/20-2/21-2油田群、陵水17-2气田等为主要技术平台,进行了渤海首次国产水下油气生产系统的试验应用,基本概括了渤海首次的水下油气工程技术特征,并对通讯不稳定问题解决方案进行验证,最后并对其应用前景进行了展望。