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本文主要研究了自适应模糊PID控制器的算法设计以及在超声波测井仪上的应用。超声波测井仪正常工作需要解决水下传感器同时挂接的电缆和钢丝绳同步问题,但是测井仪的工况不同程度的存在非线性、大滞后、参数时变性和模型不确定性等特点,常规齿轮机械同步方式难以在大范围内解决同步问题。因此本文提出用自适应模糊PID算法结合张力传感器进行张力控制间接实现同步控制的方法,并在基于ARM9-S3C2440的嵌入式系统上实现了同步控制。
文章首先分析了国内外几种超声波测井仪的同步机构,指出这些仪器在同步控制上的不足,提出白适应反馈控制才是解决同步控制,实现测井仪轻型化、智能化的关键技术。然后研究了数字PID算法,并结合模糊控制技术进行模糊PID算法Simulink建模与仿真,针对仿真中出现的问题提出相关量化算法以改进模糊PID算法的适应性。仿真结果显示,基于相关量化的模糊PID算法通过较少的计算量较大程度上改善了常规模糊PID控制器的自适应问题。
以自适应模糊PID控制算法为基础,本文进行了控制系统的硬件设计和软件设计。设计了基于AD623的张力传感器信号调理电路,基于LMD18200T的直流电机PWM驱动电路,搭建了ARM9-S3C2440控制系统硬件平台,包括电源电路、时钟电路、存储电路、通信接口和输入输出设备。为了验证算法的正确性,完成了ADS1.2下的控制系统软件设计。然后编制了Linux下S3C2440的ADC和PWM硬件驱动,完成了嵌入式Linux下的控制系统软件设计。最终为了实现更好的人机互动,简化操作人员的现场操作和优化控制监控的效果,将控制系统软件移植到图形界面的Linux+Qt/E环境下,实现了现场的控制参数输入和控制结果图形的输出。
本文最后完成了控制系统测试平台的搭建,并进行了系统软硬件测试。测试结果显示:张力控制稳态误差在±1N(10%)之内,稳定时间＜0.5s,瞬态系统超调＜20%,各项指标都达到设计要求。