论文总字数：26916字

摘 要

在实验室需要模拟不同压力条件下的实验环境时，压力舱是一种常见的实验用具。本论文制定了压力舱的制造工艺，设计了其控制系统。

综合考虑实际模拟工况和舱内设备的尺寸后确定了压力舱的尺寸。在对压力舱进行工艺设计时，需要通过材料选择、壁厚计算、应力计算、性能检测以确定压力舱的安全性能以及可应用的工作环境，并在完成设计后根据压力舱内的压力与内部空间尺寸进行配件的选择。本文在确定压力舱的制造工艺之后进一步对压力舱的控制系统进行了探究。利用PID控制方法的原理确定了压力舱内闭环控制系统的结构，构筑了一套基于目标压力数值与压力传感器读数比较的PID控制系统。依据压力舱所使用的PID控制器的基于模糊规则的动态系数调节系统的原理设计了控制程序，该程序具有整合数据、安全测试以及向控制器发送控制命令的功能。除能够对压力舱内部压力进行准确调整之外，还具备在系统判断出现危险状况时紧急叫停的功能以及自动将数据整理成excel文档的功能。

关键词：压力舱；加工工艺；PID控制；动态系数调节

Abstract

Pressure chamber is a common experimental tool when in need to simulate the experimental environment under different pressure conditions. The manufacturing process and control system of pressure vessel are designed in this paper.

After considering the actual simulated working conditions and the dimensions of the equipment in the cabin, the dimensions of the pressure cabin are determined. During the technological design of pressure vessel, material selection, wall thickness calculation, interior stress calculation, performance testing, safety performance and suitable working condition are done. Fittings are chosen according to the pressure inside the chamber and its internal space after the design is designed. Research on the control system of the vessel is carried out afterwards. The structure of the closed-loop control system in pressure chamber is designed after some study on PID control method, which leads to a PID control system based on the different values between the target pressure value and readings from the pressure sensor. After exploring the principle of the dynamic coefficient adjusting system based on the fuzzy rules of the PID controller used in the pressure chamber, the design of the control program with the function of Integration of data, emergency call and stop, and sending control commands to the controller is completed. In addition to adjusting the pressure inside the pressure chamber accurately, the program also has the function of emergency call and stop when dangerous situation occurs and the function of automatically arranging data into excel documents.

KEY WORDS: pressure vessel; technological design; PID control; dynamic coefficient adjusting

目录

摘 要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2压力舱工艺选择原则 2

1.3 PID控制原理 4

第二章 压力舱结构尺寸设计 5

2.1 压力舱结构设计 5

2.1.1 压力舱形状与内部尺寸设计 5

2.1.2 压力舱材料设计 5

2.1.3 压力舱壁厚计算 6

2.1.4 最大许用内部压力 7

2.1.5 封头形状以及密封方式选择 7

第三章 压力舱工艺设计 9

3.1工艺设计 9

3.1.1 筒体加工工艺 9

3.1.2 性能测试方法 9

3.1.3 配件选择 11

第四章 封头装配设计 20

4.1封头起吊方式 20

4.1.1焊缝受力计算 20

4.1.2房梁连接处受力计算 20

3.2封头移动方式 21

第五章 压力舱控制系统 23

5.1 PID闭环控制设计 23

5.1.1 PID闭环控制原理 23

5.1.2 PID模拟 25

5.1.3 PID控制器调节 27

5.2 控制程序分析 31

5.2.1 设置串口通讯协议 32

5.2.2 程序主体编写 33

5.2.3 程序的输出和记录功能 35

第六章 结论 37

参考文献 38

致谢 40

第一章 绪论

1.1引言

压力舱是一种常见的实验、生产、医疗用具。在科学研究中，压力舱既能够模拟在类似深海的高压环境下的实验条件，也能够模拟在例如高空、宇宙等环境的低压条件，一方面能够节省实验所需经费，另一方面还能够允许通过安装传感器获得更加准确的试验数据。通过使用压力舱，学校、实验室可以在一定程度上达成使用较少的资源完成原本无法在实验室中完成的科学研究，本项目为模拟水下环境以进行试验，对压力舱进行了设计和制定加工工艺

压力舱在生产、医疗方面也有着较为广泛的应用，故存在大量关于压力舱的研究，目前压力舱相关的研究依然存在着结构设计^[1-4]、材料选择^[5]、防止应力集中^[6-8]、控制方法^[9-10]等问题需要解决。本文主要研究了压力舱的加工工艺和控制方法，建立了能够快速将舱内压力调整至目标压力并使其保持稳定的控制手段，确定了能够在压力舱工作压力下保证安全的压力舱加工工艺。

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