基于模糊自整定pid发酵温度串级控制的应用研究.doc
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基于模糊自整定pid发酵温度串级控制的应用研究,基于模糊自整定pid发酵温度串级控制的应用研究 2.73万字自己原创的毕业设计，今年最新的，仅在本站独家提交，大家放心使用摘要 微生物发酵现在越来越受到科学界的重视，在食品、医药等方面占有越来越重要的地位，因此如何提高发酵效率值得人们去研究。影响发酵效率的因素有不少，比如温度对于发酵速率和发酵程度有很大的影响；ph影响...
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基于模糊自整定PID发酵温度串级控制的应用研究
2.73万字
自己原创的毕业设计，今年最新的，仅在本站独家提交，大家放心使用
摘要 微生物发酵现在越来越受到科学界的重视，在食品、医药等方面占有越来越重要的地位，因此如何提高发酵效率值得人们去研究。影响发酵效率的因素有不少，比如温度对于发酵速率和发酵程度有很大的影响；pH影响微生物的生存与发酵效率；压力、溶氧度DO对于发酵环境的影响。
鉴于温度对发酵的关键性影响，本文着重研究对微生物发酵的温度控制。目前的温度控制方法有很多，比如模糊控制、PID控制以及将两者结合起来的模糊PID参数控制。本文在将这几种常用的控制方法比较之后，结合各种控制方法的特性，最后采用模糊PID参数自整定控制的方法，以求对发酵罐温度的有效控制，从而达到发酵效率的最大化。
在发酵罐温度控制中，由于发酵罐温度具有大时变、滞后性、非线性等特点，鉴于这些特点，这里采用了串级控制的方法。所谓的串级控制，就是采用了两个控制变量，即主控变量和副控变量，用一个变量的结果作为给定值，用于另一个变量的输入，这种控制能够有效解决大时变、滞后性、非线性等问题。
硬件部分是使用PLC来完成的，本文利用S7-200来对发酵罐的温度进行控制。相对于单片机等，PLC使用方便、操作简单也比较容易掌握。
软件部分采用了模块化处理的方法，将三个控制部分作为三个子程序来完成，模块化的好处是能够简便程序，降低维护维修成本。
关键词：发酵 温度 模糊PID参数整定 PLC
Based on the Fuzzy Self-tuning PID Fermentation Temperature Cascade Control Application Research
Abstract Microbial fermentation is now more and more get the attention of the scientific community, in food, medicine and other aspects occupies more and more important position. So how to improve the efficiency of fermentation are worth to study. There are many factors that influence efficiency of fermentation, such as temperature for fermentation rate and degree of fermentation has a great influence; The influence of PH on the fermentation environment for reactants can reflect, reflect how influential; Pressure, dissolved oxygen level DO effect on the fermentation conditions
In view of the critical influence of temperature on fermentation, this paper research on microbial fermentation temperature control. The present temperature control methods are many, such as fuzzy control and PID control, and combine the fuzzy PID control in this paper, after comparing the several kinds of commonly used control methods, combined with the advantages and disadvantages of various methods, finally USES the fuzzy PID control method, for the effective control of the fermentation tank temperature so as to maximize the efficiency of fermentation.
In the fermentation tank temperature control Because the temperature of fermentation tank has large variable, time-varying characteristics, in view of the characteristics of the cascade control method was adopted here. Is adopted, for example, the so-called cascade control two control variables, namely the control variables and control variables, using a variable as the result of the given value, the output to another variable, this control can effectively avoid big variable, time-varying characteristics.
Is the use of PLC to complete that part of the hardware in this paper, using S7-200 to control the temperature of fermentation tank, PLC is simple to use and easy to operate, learn fast.
Software part adopts the modular processing method, the three control part as a subroutine to complete, the benefits of modularity is easy to program, reduce maintenance cost.
Key words Fermentation temperature fuzzy PID parameters setting the PLC
目录
第一章 绪论 1
1.1 课题的背景及意义 1
1.2微生物发酵的国内外研究现状 2
1.3 论文主要研究内容 4
1.4本章小结 5
第二章 微生物发酵工艺参数研究 6
2.1微生物发酵工艺流程 6
2.2 微生物发酵主要环境因子的影响 8
2.2.1温度对发酵过程的影响 8
2.2.2 pH值对发酵过程的影响 9
2.2.3 DO对发酵过程的影响 9
2.2.4菌体浓度对发酵过程的影响 11
2.3主要环境因子控制方法 11
2.3.1.温度的控制 11
2.3.2溶氧量DO的控制 12
2.3.3.pH值的控制 13
2.4 本章小结 14
第三章 模糊PID参数自整定的控制算法 15
3.1 控制基础 15
3.1.1模糊控制算法 15
3.1.2 PID 控制算法 17
3.1.3串级控制算法 19
3.1.4模糊PID参数自整定控制算法 21
3.2 基于模糊自整定PID温度串级控制器设计 23
3.2.1温度的模糊推理机的结构设计 23
3.2.2温度的精确量模糊化处理 24
3.2.3温度PID控制器参数的模糊自整定规则 25
3.3本章小结 31
第四章 控制系统的硬件配置 32
4.1 PLC的选型及硬件配置 32
4.1.1 PLC的工作原理 32
4.1.2 PLC硬件配置 33
4.2 PLC硬件原理图 34
4.3 传感器的选择 35
4.3.1温度传感器 35
4.3.2 DO传感器 36
4.3.3 pH传感器 36
4.4发酵罐系统硬件分析 37
4.4.1发酵罐系统分析 37
4.4.2发酵罐硬件组成 38
4.5本章小结 40
第五章 系统的软件设计 41
5.1下位机开发环境 41
5.2下位机软件设计 42
5.3 各控制过程程序设计 44
5.3.1电机控制调节阀控制流量 44
5.3.2出口水温度控制发酵罐内温度 46
5.4发酵温度控制程序设计 48
5.5本章小结 49
第六章 总结与展望 50
致谢 51
参考文献 52
2.73万字
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摘要 微生物发酵现在越来越受到科学界的重视，在食品、医药等方面占有越来越重要的地位，因此如何提高发酵效率值得人们去研究。影响发酵效率的因素有不少，比如温度对于发酵速率和发酵程度有很大的影响；pH影响微生物的生存与发酵效率；压力、溶氧度DO对于发酵环境的影响。
鉴于温度对发酵的关键性影响，本文着重研究对微生物发酵的温度控制。目前的温度控制方法有很多，比如模糊控制、PID控制以及将两者结合起来的模糊PID参数控制。本文在将这几种常用的控制方法比较之后，结合各种控制方法的特性，最后采用模糊PID参数自整定控制的方法，以求对发酵罐温度的有效控制，从而达到发酵效率的最大化。
在发酵罐温度控制中，由于发酵罐温度具有大时变、滞后性、非线性等特点，鉴于这些特点，这里采用了串级控制的方法。所谓的串级控制，就是采用了两个控制变量，即主控变量和副控变量，用一个变量的结果作为给定值，用于另一个变量的输入，这种控制能够有效解决大时变、滞后性、非线性等问题。
硬件部分是使用PLC来完成的，本文利用S7-200来对发酵罐的温度进行控制。相对于单片机等，PLC使用方便、操作简单也比较容易掌握。
软件部分采用了模块化处理的方法，将三个控制部分作为三个子程序来完成，模块化的好处是能够简便程序，降低维护维修成本。
关键词：发酵 温度 模糊PID参数整定 PLC
Based on the Fuzzy Self-tuning PID Fermentation Temperature Cascade Control Application Research
Abstract Microbial fermentation is now more and more get the attention of the scientific community, in food, medicine and other aspects occupies more and more important position. So how to improve the efficiency of fermentation are worth to study. There are many factors that influence efficiency of fermentation, such as temperature for fermentation rate and degree of fermentation has a great influence; The influence of PH on the fermentation environment for reactants can reflect, reflect how influential; Pressure, dissolved oxygen level DO effect on the fermentation conditions
In view of the critical influence of temperature on fermentation, this paper research on microbial fermentation temperature control. The present temperature control methods are many, such as fuzzy control and PID control, and combine the fuzzy PID control in this paper, after comparing the several kinds of commonly used control methods, combined with the advantages and disadvantages of various methods, finally USES the fuzzy PID control method, for the effective control of the fermentation tank temperature so as to maximize the efficiency of fermentation.
In the fermentation tank temperature control Because the temperature of fermentation tank has large variable, time-varying characteristics, in view of the characteristics of the cascade control method was adopted here. Is adopted, for example, the so-called cascade control two control variables, namely the control variables and control variables, using a variable as the result of the given value, the output to another variable, this control can effectively avoid big variable, time-varying characteristics.
Is the use of PLC to complete that part of the hardware in this paper, using S7-200 to control the temperature of fermentation tank, PLC is simple to use and easy to operate, learn fast.
Software part adopts the modular processing method, the three control part as a subroutine to complete, the benefits of modularity is easy to program, reduce maintenance cost.
Key words Fermentation temperature fuzzy PID parameters setting the PLC
目录
第一章 绪论 1
1.1 课题的背景及意义 1
1.2微生物发酵的国内外研究现状 2
1.3 论文主要研究内容 4
1.4本章小结 5
第二章 微生物发酵工艺参数研究 6
2.1微生物发酵工艺流程 6
2.2 微生物发酵主要环境因子的影响 8
2.2.1温度对发酵过程的影响 8
2.2.2 pH值对发酵过程的影响 9
2.2.3 DO对发酵过程的影响 9
2.2.4菌体浓度对发酵过程的影响 11
2.3主要环境因子控制方法 11
2.3.1.温度的控制 11
2.3.2溶氧量DO的控制 12
2.3.3.pH值的控制 13
2.4 本章小结 14
第三章 模糊PID参数自整定的控制算法 15
3.1 控制基础 15
3.1.1模糊控制算法 15
3.1.2 PID 控制算法 17
3.1.3串级控制算法 19
3.1.4模糊PID参数自整定控制算法 21
3.2 基于模糊自整定PID温度串级控制器设计 23
3.2.1温度的模糊推理机的结构设计 23
3.2.2温度的精确量模糊化处理 24
3.2.3温度PID控制器参数的模糊自整定规则 25
3.3本章小结 31
第四章 控制系统的硬件配置 32
4.1 PLC的选型及硬件配置 32
4.1.1 PLC的工作原理 32
4.1.2 PLC硬件配置 33
4.2 PLC硬件原理图 34
4.3 传感器的选择 35
4.3.1温度传感器 35
4.3.2 DO传感器 36
4.3.3 pH传感器 36
4.4发酵罐系统硬件分析 37
4.4.1发酵罐系统分析 37
4.4.2发酵罐硬件组成 38
4.5本章小结 40
第五章 系统的软件设计 41
5.1下位机开发环境 41
5.2下位机软件设计 42
5.3 各控制过程程序设计 44
5.3.1电机控制调节阀控制流量 44
5.3.2出口水温度控制发酵罐内温度 46
5.4发酵温度控制程序设计 48
5.5本章小结 49
第六章 总结与展望 50
致谢 51
参考文献 52
