基于MATLAB的失重秤控制器研究_毕业论文.pdf_pid液体流量matlab资源-CSDN文库

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"基于MATLAB的失重秤控制器研究" 本文研究基于MATLAB的失重秤控制器，旨在提高失重秤计量方式的精度和快速响应的能力。失重秤计量设备是精度较高，维护简单的流量控制设备，随着我国经济建设的发展，对固体或液体物料流量控制的需求越来越多。 1. 失重秤计量设备的工作原理失重秤计量设备的工作原理是通过称重传感器来测量物料的重量，然后将测量值发送到控制器，控制器根据设置的目标值和实际测量值对比，输出控制信号来控制物料的流量。称重传感器是整个系统的核心组件，其精度和可靠性直接影响着整个系统的性能。 2. 称重传感器的选择和设计称重传感器的选择和设计是整个系统的关键步骤。本文中，作者选择了高精度的称重仪表来采集重量信号，而不是传统的变送器。这种方法可以提高信号的采样精度和可靠性。 3. MATLAB控制器的设计和实现本文中，作者使用MATLAB来设计和实现控制器。MATLAB是一种强大的编程语言和开发环境，具有强大的计算和仿真能力。作者使用Simulink来建立模型，并将其与MATLAB控制器集成，以实现对失重秤装置的直接控制。 4. PID控制器的设计和实现 PID控制器是最常用的控制算法之一。本文中，作者使用西格德·斯科格斯特德PID整定简单规则（SIMC）对PI控制器实现快速整定。SIMC是一种基于模型的PID整定方法，具有快速和可靠的特点。 5. OPC和Modbus TCP的应用本文中，作者使用OPC和Modbus TCP来实现数据交换。OPC是一个工业标准的通信协议，具有高效、可靠的特点。Modbus TCP是一个基于TCP/IP的工业通讯协议，具有高效、可靠的特点。 6. 实验结果和分析作者通过实验验证失重秤流量稳定控制接近设定值，达到预期的目标。本文的研究结果证明，基于MATLAB的失重秤控制器可以提高失重秤计量方式的精度和快速响应的能力。本文的研究结果证明，基于MATLAB的失重秤控制器可以提高失重秤计量方式的精度和快速响应的能力。该研究结果对于流体控制领域具有重要的意义和影响。

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上海交通大学工程硕士学位论文摘要

第 I 页

上海交通大学工程硕士学位论文

基于 MATLAB 的失重秤控制器研究

摘要

随着我国经济建设的发展，对固体或液体物料流量控制的需求越来

越多，精度要求也越来越高。失重秤计量设备被证明是一种精度较高，

维护简单的流量控制设备，使用的范围将越来越广。因此如何提高失重

秤计量方式的精度和快速响应的能力将是一个长期的课题。

本文就失重流量控制器的工作原理和设计方法进行了系统研究。分

析了计量斗的结构、称重传感器的原理和选型方法。为提高传感器信号

采样精度，选择高精度的称重仪表采集重量信号而不是传统的变送器，

称重仪表通过 Modbus TCP 和 OPC 的方式实现和 MATLAB 控制器及组

态软件的数据交换，将研究的重心放在控制器的算法和实现上。利用西

格德·斯科格斯特德 PID 整定简单规则（SIMC）对 PI 控制器实现快速

整定,在 Simulink 中建立模型，直接控制失重秤装置，经实验验证失重秤

流量稳定控制接近设定值，达到预期的目标。

关键词：流量控制，失重秤， PID，SIMC-PID 整定,OPC

上海交通大学工程硕士学位论文第一章课题背景与研究内容

第 III 页

摘要 ........................................................................................................................................................... I

ABSTRACT ............................................................................................................................................... II

第一章课题背景与研究内容 .................................................................................................................... 1

1.1

课题背景及国内外发展现状............................................................................................................ 1

1.2

课题研究意义 .................................................................................................................................. 3

1.3 课题主要研究内容 ........................................................................................................................... 3

1.4 本章小结 .......................................................................................................................................... 4

第二章失重式计量装置总体设计 ............................................................................................................ 5

2.1 失重式计量装置工作原理 ................................................................................................................ 5

2.2

失重计量装置的硬件配置 ............................................................................................................... 6

2.2.1

称重传感器的原理及选用

........................................................................................................ 6

2.2.2

称重料斗形状参数分析与设计

................................................................................................. 7

2.3

驱动器的选型 .................................................................................................................................. 9

2.4

系统最小流量采样周期计算.......................................................................................................... 10

2.5

软件平台搭建 ................................................................................................................................ 12

2.5.1

上位机组态软件

...................................................................................................................... 12

2.5.2

称重仪表与上位机的通讯

....................................................................................................... 13

2.5.3

设置称重仪表模拟量输出

...................................................................................................... 14

2.5.4 MATLAB/Simulink...................................................................................................................... 15

2.6

本章小结 ........................................................................................................................................ 15

第三章失重秤计量系统的数学模型 ...................................................................................................... 16

3.1 模型结构确定 ................................................................................................................................. 16

3.2 模型参数辨识 ................................................................................................................................. 17

3.3

本章小结 ........................................................................................................................................ 22

第四章控制策略的设计 ......................................................................................................................... 23

4.1

PID 控制算法 .................................................................................................................................. 23

上海交通大学工程硕士学位论文第一章课题背景与研究内容

第 IV 页

4.1.1 PID

控制理论基础

.................................................................................................................... 23

4.1.2 PID

控制器

SIMC

整定

.............................................................................................................. 24

4.2

OPC 技术介绍 ................................................................................................................................. 25

4.3

ATLAB

与称重仪表 OPC 通讯 ......................................................................................................... 27

4.3.1

建立

OPC

服务器

.................................................................................................................... 27

4.3.2 Matlab

通过

OPC

实现与称重仪表

HI4050

通讯

...................................................................... 29

4.4

失重秤控制策略 ............................................................................................................................ 31

4.4.1

喂料阶段的控制策略

.............................................................................................................. 31

4.4.2

补料阶段的控制策略

.............................................................................................................. 32

4.5

本章小结 ........................................................................................................................................ 34

第五章实验结果及分析 ......................................................................................................................... 35

5.1 实验装置 ........................................................................................................................................ 35

5.2 实验结果及分析 ............................................................................................................................. 36

5.3

本章小结 ........................................................................................................................................ 41

第六章总结和展望 ................................................................................................................................. 42

6.1

主要研究总结 ................................................................................................................................ 42

6.2

展望 ............................................................................................................................................... 42

参考文献 ............................................................................................................................................ 44

附录 A 失重秤计量系统实验平台 ........................................................................................................... 47

致谢 .................................................................................................................................................... 48

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文 ................................................................................................. 49