本科毕业论文(杨杰).doc

摘 要 水电资源作为清洁可再生能源，有着巨大的发展空间。水轮机调速器作为水电厂的重要控制设备，其主要任务是根据负荷的改变，相应改变水轮机导水机构(导叶、桨叶或喷嘴)的开度调节过机流量，以使水轮发电机组的转速(或负荷)维持在某一预定值，或按某一预定的规律变化。由于水轮机调速器对水轮发电机组安全、可靠地运行具有举足轻重的作用，并直接影响着电力系统向用户供电的质量及可靠性，因此，基于PID算法的控制方式的水轮机调速器一直是电力系统自动控制的重要研究内容。随着现代工业的发展，人们面临的被控对象越来越复杂，对于基于PID算法的控制系统的精度和可靠性的要求越来越高。本文针对3×15MW机组设计了基于PID算法的水轮机调速器。 关键词：水轮机调速器；PID算法；可编程控制器 目 录 摘要 I 目录 II 第一章 绪论 1 1.1 课题概述 1 1.1.1 课题来源 1 1.1.2 提出问题 1 1.2 技术发展综述 2 1.2.1 水轮机调速器的发展 2 1.2.2 人工智能与基于PID算法的模糊控制理论的发展 4 1.3 设计主要工作 5 第二章 水电站主、辅机及微机调速器选型 7 2.1 水电站概述 7 2.2 水电站关键设备介绍 7 2.3 水轮机的选型 8 2.3.1 初选水轮机型号 8 2.3.2 水轮机主要参数的计算 9 2.3.3 效率的修正值计算 10 2.3.4 转速的计算 11 2.3.5 工作范围验算 12 2.3.6 水轮机吸出高计算 14 2.4 水电站辅助设备 15 2.4.1 水轮机进水阀 15 2.4.2 油系统 15 2.4.3 气系统 16 2.4.4 水系统 16 2.5 微机调速器选型 17 2.5.1 BW(S)T系列步进式微机调速器 17 2.5.2 调节器系统组成及工作原理 17 2.5.3 调节器主要功能模块 19 2.5.4 PLC控制模块 20 2.5.5 触摸屏 20 2.5.6 微机调速器的通讯接口 21 2.6 机械液压系统 22 2.7 主要零部件 22 2.8 参数及标准 25 2.8.1 机械基本参数 25 2.8.2 水轮机调速系统的标准 25 2.8.3 调速系统的可靠性 25 第三章 水轮机微机调节系统 26 3.1 调速器在水电站的作用和地位 26 3.2 水轮机双调整调节系统 27 3.2.1 PLC水轮机微机调速器的总体结构 28 3.2.2 典型PLC水轮机微机调速器结构 30 3.2.3本文采用的水轮机微机调速器结构形式 31 3.3 PLC微机调节器的动态特性 31 3.3.1 微机调速器PID调节系统的传递函数 31 3.3.2微机调速器PID调节的离散算法 32 3.3.3 PLC微机调节器PID响应特性 34 3.4 Fuzzy-PID复合控制在微机调速系统中的应用 35 3.4.1 PID参数Fuzzy自整定控制原理 36 3.4.2 PID参数Fuzzy整定模型 37 3.4.3 模糊PID控制器 38 3.5 导叶和桨叶控制 40 3.5.1 协联关系 40 3.5.2 导叶开度的控制 41 3.5.3桨叶开度求取 42 3.6 微机调节器的自动调节模式 43 第四章 频率测量和机电转换部件 45 4.1 测频基本原理 45 4.1.1 动态频差和静态频差的原理 46 4.2 PLC测频单元 47 4.2.1 FX2N-64MT测频原理 47 4.2.2 减少误差的措施 48 4.2.3 精度分析 49 4.3 基于电机的电气/位移转换装置 49 4.3.1 微机调节器+电气/位移转换+机械液压随动系统 50 4.3.2 微机调节器+电液随动系统 51 4.4 伺服电机在电气／位移转换部件上的应用 52 4.4.1 MINASA系列交流伺服电机介绍 52 4.4.2 交流伺服电机选择 53 4.4.3 基于交流伺服电机位置环控制的调速器 54 第五章 微机调速器的硬件和软件 56 5.1 可编程控制器简介 56 5.2 调速器中可编程控制器硬件构成 56 5.3 微机调速器工作状态转换 57 5.4 微机调速器PID调节 61 5.4.1 PID调节 62 5.5 基于模糊控制的PID调节 65 5.5.1 模糊控制器的输入量变和输出变量 66 5.5.2 各量化因子、比例因子与隶属度函数的选择 67 5.5.3 建立模糊控制系统的控制规则 68 5.5.4 精确量的模糊化与模糊推理 68 5.5.5 模糊控制系统的清晰化 69 5.6 协联关系在PLC中的实现 69 5.7 操作终端常用画面、参数修改 70 5.7.1 触摸屏画面操作流程 70 结论 75 参考文献 77 致谢 79 第一章 绪论 1.1 课题概述 1.1.1