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泵的试验研究对泵理论的发展、性能的确定、设计水平的提高以及复杂应用问题的解决都具有极其重要的意义。因此,泵的试验装置和测试系统一直倍受关注。本文依托水泵闭式试验台的设计与应用,系统研究了本试验台的自动测控系统。
本文做的的主要工作和研究结果如下:
(1)介绍了水泵闭式试验台的整体结构和测控系统,以及试验装置的主要设备和布局方案。指出了试验台的设计原则、适用范围和功能,研究了泵参数的测试原理和方法,并介绍了本试验台测试仪器仪表的选用。
(2)本测控系统采用分布式结构,以工控机为上位机,泵产品参数测量仪和S7-200PLC为下位机。其中,泵产品参数测量仪负责接收来自现场测试的泵参数信号,并通过RS-232与工控机通信;PLC为控制单元的核心,负责工况的调节。考虑到上位机和PLC的通信接口和试验台的测试环境,采用RS-232与RS-485总线相结合的通信方式,通过西门子公司提供的PC/PPI电缆与工控机连接。以保证在测试信号的传输不受试验环境等因素干扰的情况下,确保传输的距离以及与工控机的连接方便。依据S7-200PLC自由口通信模式的特征,设计了下位机PLC端通信程序的梯形图,实现了PLC通过自由口通信模式与工控机间的通信。
(3)为了进一步改善和提高流量调节系统各机构的动态响应和控制精度,在测控系统对流量调节的控制方法上,将模糊控制理论和PID控制结合起来,构成自适应模糊PID控制器的PLC控制系统,实现系统对流量调节的自动控制,以满足测试需要。依靠MATLAB软件的Simulink模块建立自适应模糊PID的控制仿真模型,进行仿真试验,得到了自适应模糊PID控制器的阶跃响应曲线。结果表明,模糊PID控制方法具有响应速度快,稳定性好,鲁棒特性强等特点,其响应特性优于数字PID控制,可获得较满意的控制效果。
(4)为提高测试精度,提出了判断系统稳定性的判定方程模型。为了对系统进一步研究,本文通过某泵站的模型泵试验,分析了系统在工况调节的过渡过程中,试验台上、下游(即水泵进出口前、后)压力及轴功率等参数的变化情况与系统趋于稳定所需要的时间,研究成果对于试验台的稳定性分析具有十分重要的意义。