科氏質(zhì)量流量計(jì)是一種可以直接測(cè)量氣體和液體質(zhì)量流量的高精度流量計(jì),正在被廣泛地應(yīng)用于石油化工、化學(xué)制藥和食品安全等領(lǐng)域。驅(qū)動(dòng)技術(shù)作為其重要的組成部分,在科氏質(zhì)量流量計(jì)工作時(shí)起著關(guān)鍵的作用。而利用器件合成驅(qū)動(dòng)信號(hào)的數(shù)字驅(qū)動(dòng)技術(shù),由于可以維持流量管在氣液兩相流等復(fù)雜工況下的振動(dòng),正在被科氏質(zhì)量流量計(jì)生產(chǎn)廠家所采用,但是,在數(shù)字驅(qū)動(dòng)技術(shù)中,仍存在一些問題需要解決。針對(duì)如何確定流量管的振動(dòng)特性,并使變送器更好地控制流量管振動(dòng)幅值的問題,提出采用機(jī)理分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,建立流量管振動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。首先通過機(jī)理分析,構(gòu)建流量管振動(dòng)系統(tǒng)的二階模型框架;再采用有限長(zhǎng)度的正弦波激勵(lì)流量管,根據(jù)速度傳感器輸出的自由衰減振蕩信號(hào)、穩(wěn)態(tài)下的激勵(lì)信號(hào)幅值和輸出信號(hào)幅值確定模型參數(shù)。建立單相流工況和氣液兩相流工況下的流量管振動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,分析模型的差異,為流量管振動(dòng)幅值的控制奠定基礎(chǔ)。針對(duì)數(shù)字驅(qū)動(dòng)幅值控制中對(duì)數(shù)誤差底數(shù)和不同流量管的PI參數(shù)無具體確定方法的問題,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了這兩類參數(shù)的整定方法。建立流量管振動(dòng)系統(tǒng)的二階數(shù)學(xué)模型,它在穩(wěn)態(tài)下相當(dāng)于一個(gè)固有增益,這為PI參數(shù)的整定提供了基準(zhǔn)。根據(jù)期望值的不同,選取不同底的對(duì)數(shù)誤差作為后續(xù)控制器的輸入,以滿足對(duì)動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性的要求。采用PI控制器控制幅值,以幅值閉環(huán)系統(tǒng)的增益預(yù)設(shè)PI參數(shù),再根據(jù)實(shí)際的動(dòng)態(tài)效果和穩(wěn)態(tài)效果確定最終參數(shù)。控制不同的流量管時(shí),根據(jù)它們的穩(wěn)態(tài)特性按比例關(guān)系調(diào)節(jié)PI參數(shù)。針對(duì)基于DSP的數(shù)字驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)更新周期太長(zhǎng),導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)效果欠佳的問題,研制了基于FPGA的科氏質(zhì)量流量計(jì)數(shù)字驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),包括硬件電路部分和軟件程序部分。電路部分由信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路等組成。程序部分使用Verilog HDL(硬件描述語言)語言編寫,包括數(shù)據(jù)通信、IIR(無限沖擊響應(yīng))數(shù)字濾波和計(jì)算驅(qū)動(dòng)參數(shù)等。在單相流工況下,對(duì)基于FPGA驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的變送器進(jìn)行了水流量標(biāo)定實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:相對(duì)誤差小于0.1%,重復(fù)性優(yōu)于0.05%。在氣液兩相流工況下,將基于FPGA的數(shù)字驅(qū)動(dòng)與基于DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)的數(shù)字驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)效果進(jìn)行比較,結(jié)果表明:FPGA驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)效果優(yōu)于DSP驅(qū)動(dòng)的效果。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH814.6;TN791
【部分圖文】：

圖 1. 1 科氏質(zhì)量流量計(jì)組成Figure 1.1 The composition of Coriolis mass flowmeter根據(jù)科氏質(zhì)量流量計(jì)一次儀表形狀的不同，可將其分為彎管

圖 1. 2 科氏質(zhì)量流量計(jì)一次儀表流量管形狀Figure 1.2 The shape of Coriolis Primary instrument flow tube如圖 1.2 所示為幾種典型的科氏質(zhì)量流量計(jì)一次儀表的流量管。其

圖 1. 4 科氏力的產(chǎn)生原理Figure 1.4 Principle of Coriolis force流量計(jì)在工作過程時(shí)，流量管無法做完整的旋，流量管做的是角度有限的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，其振動(dòng)幅
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2858183