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计算机软件及计算机应用
建筑火灾模拟试验智能测控系统开发和研究
火灾,特别是建筑火灾对人类生命财产的损害是有目共睹的。为了研究建筑火灾发生、发展以及产生破坏的机理,有必要建立一套建筑火灾模拟试验系统对各种建筑构件在明火的作用下力学性能变化进行模拟测试。而测试的模拟升温过程必须严格符合ISO834国际标准。本论文围绕“建筑火灾模拟试验智能测控系统开发和研究”开展了深入的理论和试验研究工作。主要研究内容包括: (1)开发设计了一套包括立式炉、卧式炉、液化气供气系统、点火装置和建筑构件加压装置的火灾模拟试验系统。其创新性特点一是采用液化气加热方式,最大限度地模拟了实际建筑火灾明火升温的特性;二是研制的智能测控系统,满足了建筑火灾模拟试验对多种类建筑构件测试的机动性、综合性和可靠性要求。 (2)提出了一个适合火灾模拟试验系统炉温估计的基于主元分析和径向基函数神经网络的软测量模型,解决了火灾模拟试验中炉温在线估计的难题。对于总共采集的119组18路数据,将80组用于主元分析和RBF神经网络初试化训练,确定较为理想的中心距离、权值和隐层数,经MATLAB程序对余下的39组数据用训练好的软测量模型进行测试,构建了在线的炉温估计模型。给出该软测量模型与加权平均方法的估计结果对比,表明了论文设计的软测量模型在炉温估计精度和稳定性方面比常规的加权平均方法有着明显优越性。 (3)提出了一种新颖的基于模糊专家PID控制的复合智能控制器结构。深入研究了PID控制器3个参数K_P、K_I、K_D与控制器特性动态和稳态特性的关系,提出了智能在线整定K_P、K_I、K_D参数的方法。进行了专家模糊PID控制器同常规PID控制器控制效果对比试验,从给出的5个时段的对比曲线可以看出,设计出的智能专家PID控制比常规PID控制在静态误差和稳定性等方面有着明显的优势。给出了炉温升温实测结果同标准值的对比曲线。证明炉温控制效果完全符合国际标准ISO834要求,控制精度和稳态误差等性能指标优于设计要求。 (4)提出了一种融合热电偶、热电阻和DS18B20数字温度传感器等不同等级温度参数的虚拟仪器数据采集系统结构。研制开发了兼具串行通信和增强型EPP并行通信模式带多台单片机和工控机硬件结构的54路温度采集处理系统。 (5)开发了应用Visual Basic 6.0、单片机汇编语言、FRANKLIN C语言和MATLAB语言等多开发平台工具的独特的软件系统。整个软件系统包括炉温数据采集软件、通信接口软件、软测量软件、神经网络的MATLAB训练软件、智能模糊专家PID控制器软件以及试验流程管理软件等子系统。 (6)提出了一种预埋温度传感器进行温度实测并同温度场计算方法进行对比的新颖的试验研究方法。从理论和试验角度分析了建筑构件在火灾模拟试验炉中的温度场分布,并同测试温度数据进行比较,给出了各测点的对比曲线结果。证实了所开发的建筑火灾模拟试验系统进行建筑构件火灾性能测试的有效性、实用性和先进性。
博士论文
《中南大学》 2006年博士论文

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