太陽(yáng)能硅片酸洗池溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【獨(dú)家畢業(yè)課程設(shè)計(jì)帶任務(wù)書(shū)+開(kāi)題報(bào)告+外文翻譯】

太陽(yáng)能硅片酸洗池溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【獨(dú)家畢業(yè)課程設(shè)計(jì)帶任務(wù)書(shū)+開(kāi)題報(bào)告+外文翻譯】,太陽(yáng)能,硅片,酸洗,溫度,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì),獨(dú)家,畢業(yè),課程設(shè)計(jì),任務(wù)書(shū),開(kāi)題,報(bào)告,講演,呈文,外文,翻譯 熱校準(zhǔn)風(fēng)洞氣體溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) i, 要 ： 本文的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的熱校準(zhǔn)風(fēng)洞的熱氣體溫度控制系統(tǒng)。根據(jù)熱校準(zhǔn)風(fēng)洞氣體溫度的控制要求，燃油供給系統(tǒng)基于變頻調(diào)速控制技術(shù)和比例節(jié)流閥設(shè)計(jì)。為了提高控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、包括 工業(yè)的個(gè)人電腦。在此基礎(chǔ)上分析了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，并建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。解決系統(tǒng)的特點(diǎn)， 一、簡(jiǎn)介 熱校準(zhǔn)風(fēng)洞 (一種重要的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，它是用于模擬熱測(cè)試環(huán)境的高溫和高速氣流 [1]。測(cè)試環(huán)境的高溫和高速氣流形成劇烈燃燒的高速氣流和航空煤油在燃燒室一定的流 量 。高溫、高速氣流條件下的溫度測(cè)試在航空航天技術(shù)領(lǐng)域是非常重要的，特別是在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、檢驗(yàn)和高溫度傳感器的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)。為了確保 供穩(wěn)定的測(cè)試環(huán)境的溫度，該氣體需要 考慮到在 一定 實(shí)驗(yàn)階段內(nèi) 氣流速度是一個(gè)常數(shù)，所以氣體的溫度主要由燃料的流速?zèng)Q定。本文采用一種包括變頻泵和比例節(jié)流閥來(lái)調(diào)節(jié)燃料熱校準(zhǔn)風(fēng)洞中的流量，達(dá)到控制氣體溫度的要求，實(shí)現(xiàn)氣體溫度的控制方法。 眾所周知，溫度是一個(gè)典型的過(guò)程控制參數(shù)，與一些典型的特征，例如大慣性、大滯后和時(shí)變性，因此精確地控制溫度，存在一些困難 ;此外， 速氣體和煤油之間的化學(xué)反應(yīng)（燃燒）產(chǎn)生的，這使得系統(tǒng)存在不確定性和外部干擾，并且較高的控制精度的要求和溫度范圍，使控制難度進(jìn)一步增加。因此，它 很難利用傳統(tǒng)的控制方法達(dá)到令人滿(mǎn)意的結(jié)果 雖然最近開(kāi)發(fā)的智能控制為過(guò)程控制帶來(lái)了曙光，它的理論還不完善，是理論研究大于實(shí)際應(yīng)用。因此，迫切需要一種控制方法是進(jìn)行氣體溫度的精確控制。 溫度控制有著廣泛的應(yīng)用。 et [2] 開(kāi)發(fā)了一種級(jí)聯(lián)神經(jīng) 度控制系統(tǒng)，用于控制過(guò)熱蒸汽。 et [3] 提出了基于物理模型通過(guò)均勻加料預(yù)測(cè)控制壓縮點(diǎn)火燃燒的溫度控制。 Xu et [4] 研究高溫多相流風(fēng)洞溫度控制利用遺傳算法整定 解決長(zhǎng)設(shè)置時(shí)間的 得了良好的效果。 et [5] 新增免疫遺傳算法對(duì) et 6]提出多回路模型的發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)，并利用非線(xiàn)性控制方法實(shí)現(xiàn)溫度控制。 et [7] 研究了的氣體通過(guò)使用增量模糊 為實(shí)現(xiàn) 計(jì)控制系統(tǒng)的氣體溫度為 場(chǎng) 制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程 制系統(tǒng)。并在此基礎(chǔ)上，在系統(tǒng)中的特性，如時(shí)延，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型， 級(jí)控制規(guī)律，提出了實(shí)現(xiàn) 二、控制系統(tǒng)的工作原理 該 用高速氣流作為助燃劑，航空煤油為燃料在實(shí)驗(yàn)中，在燃燒的高溫噴射流形成周?chē)嚇泳鶆蚝头€(wěn)定溫度場(chǎng)以及模擬高溫測(cè)試環(huán)境試樣中遇到高速氣流。為了產(chǎn)生均勻、穩(wěn)定的溫度場(chǎng)， 試系統(tǒng)配備控制系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)、空氣流速系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等。 1 所示。整個(gè)系統(tǒng)由燃料供應(yīng)子系統(tǒng)、 控制子系統(tǒng)組成。燃料供應(yīng)子系統(tǒng)包括電機(jī)泵、可變頻率驅(qū)動(dòng)器 (電液比例流量調(diào)節(jié)閥 (電 磁閥、管道和齒輪流量計(jì)等。它提供航空煤油流量符合燃燒室的 要求。燃料供應(yīng)子系統(tǒng)的操作程序如下：首先，啟動(dòng)系統(tǒng)和供應(yīng)燃料點(diǎn)火器，然后，供應(yīng)燃料燃燒室點(diǎn)火成功后，關(guān)閉點(diǎn)火燃料電路?？刂谱酉到y(tǒng)包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī) (可編程邏輯控制器 (。遠(yuǎn)程控制器 流量計(jì)、流量信號(hào)發(fā)送到 后這些信號(hào)將發(fā)送到 過(guò) 485 總線(xiàn)。考慮到 操作能力是有限的，其具體的控制算法在 成，然后 向 送控制命令， 實(shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)控制 圖 1 工作原理 I 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 體溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括燃料供給系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程 制方案的設(shè)計(jì)。 因?yàn)橛泻芏囝?lèi)型 同的 料流量有不同的要求。積算溫度要求為每個(gè)風(fēng)洞表明， 的溫度控制范圍是 200 ~ 2000℃ ，相應(yīng)的燃料流量范圍 。對(duì)于燃料流量需求廣泛，本文在燃料供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中使用復(fù)雜的流量控制解決方案。即采用變頻調(diào)速泵實(shí)現(xiàn)大流量的控制，并使用比例節(jié)流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)小流量的控制。以下將介紹燃料供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從三個(gè)方面 ：功能，組成及工作原理。 功能：提供燃料到三個(gè)不同風(fēng)洞的燃燒室噴嘴，并確保燃料以滿(mǎn)足測(cè)試要求的壓力和流量速度。 組成：設(shè)計(jì)的燃油供給系統(tǒng)的液壓原理圖圖 2 所示。圖中顯示，它是由兩個(gè)獨(dú)立的燃料供應(yīng)系統(tǒng)，即主要燃料供應(yīng)系統(tǒng)和輔助燃料供應(yīng)系統(tǒng)，可以提供燃料給主燃燒器和三個(gè)輔助燃燒室風(fēng)洞。每個(gè)燃料供給系統(tǒng)由燃料箱、過(guò)濾器、泵、電液比例節(jié)流閥，電磁泄壓閥、電磁閥、手動(dòng)閥、止回閥、流量計(jì)、壓力傳感器、儀表和其他組件組成。 圖 2 燃油供給系統(tǒng)液壓原理圖 工作原理：工作原理和控制主燃料供給系統(tǒng)和輔助燃料供應(yīng)系統(tǒng)的過(guò)程是相同的，即變頻泵控制和比例節(jié)流閥控制相結(jié)合的調(diào)節(jié)方案。燃料供給系統(tǒng)的工作原理是當(dāng)流量設(shè)定的值較大 ()，關(guān)閉 由泵控制燃燒室的流量 ;流量設(shè)定的值時(shí)較小 ()，在 通過(guò) 裝在燃油電路的旁路控制流量的燃燒室。因?yàn)? 比例閥有更大的調(diào)節(jié)范圍和更高的分辨率，可與閉環(huán)補(bǔ)償流量來(lái)控制實(shí)現(xiàn)流量大規(guī)模和精確控制。 液壓原理圖，圖 2 所示，實(shí)際的燃料供應(yīng)系統(tǒng)的實(shí)施。缸、泵、馬達(dá)、機(jī)油過(guò)濾器，比例節(jié)流閥被安裝在泵的房間里，如圖 3 所示。電磁閥、流量計(jì)、壓力傳感器和手動(dòng)截止閥分別安裝在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的領(lǐng)域中，如圖 4 所示。 圖 3 在水泵房設(shè)備 圖 4 在字段中的設(shè)備 現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)采用 動(dòng)停止?fàn)顟B(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，報(bào)警 和燃料流量的閉環(huán)控制。 為了完成控制系統(tǒng)的安裝，設(shè)計(jì)了燃料控制柜?？刂葡到y(tǒng)的主要組件被安裝在燃料控制柜：這些組件包括 鈕，燈，文本顯示儀表，數(shù)字顯示儀表，繼電器，溫度采集儀器儀表。此外，為了防止電磁干擾，一個(gè) 和燃料控制柜由若干三芯電纜連接，并可以從 控制信號(hào)傳輸?shù)? 本文中的 塊是西門(mén)子 于大量的信號(hào)在系統(tǒng)中，因此，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，選擇多個(gè) 些 塊包含一個(gè)主模塊 26，兩個(gè)22繼電器輸出模塊，一個(gè) 輸出模塊，兩個(gè) 擬量輸出模塊和兩個(gè) 擬量輸入的模塊。 燃料控制柜和 5 和圖 6 所示。 可靠性高，靈活的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，易于控制，抗干擾能力強(qiáng)和較高的性?xún)r(jià)比等優(yōu)點(diǎn)。但是，它也有缺點(diǎn)，其中之一是 制系統(tǒng)的接口主要是由組成的按鈕、開(kāi)關(guān)、燈等，各種數(shù)據(jù)曲線(xiàn)不能實(shí)時(shí)顯示。第二個(gè)是 以一些復(fù)雜的控制算法不能由它實(shí)現(xiàn)。因此，在實(shí)現(xiàn)制系統(tǒng) 的基礎(chǔ)上， 制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是為了繼承和擴(kuò)展 功能。在本文中，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制該 C++作為一種開(kāi)發(fā)語(yǔ)言 圖 5 燃油控制柜 圖 6 變頻控制柜 根據(jù)系統(tǒng)的要求，本文遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)需要以下功能： (1)讀取數(shù)字 獲取在 保正確顯示的各種狀態(tài) ;（ 2）讀取 力和頻率，以確保在 （ 3）發(fā)送命令到 寫(xiě)入一個(gè)值到 便遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以控制 系統(tǒng)啟停、點(diǎn)火、控制流量 ;（ 4）讀取溫度寄存器儀表的值，從而使風(fēng)洞內(nèi)的氣體溫度以曲線(xiàn)形式顯示在 5）實(shí)現(xiàn)了燃料流量和氣體的溫度的控制算法，并將算法輸出值發(fā)送到控制變頻器或 而實(shí)現(xiàn)燃料流量和氣體溫度控制。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的主界面如圖 7 所示。 圖 7 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主界面 Ⅱ 系統(tǒng)建模 A 燃料供應(yīng)系統(tǒng)的流量模型 因?yàn)槿剂瞎?yīng)系統(tǒng)有兩種不同模式的操作，泵控制模式和 制模式，因此，將分別建立每個(gè)模式 下的數(shù)學(xué)模型。 傳遞函數(shù)之間的泵的輸出流量 以通過(guò)引用文獻(xiàn) [8控制模式下 電壓頻率比 ;增益頻率 f 與 輸入的控制電壓 比； 位移 ， 單位 r； 是電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位 kg*m2;電機(jī)極對(duì)數(shù) ; R'2是轉(zhuǎn)子的等效電阻，單位Ω； 機(jī)軸的阻尼系數(shù)，單位 N*m*s/ 我們認(rèn)為該比例閥為一階慣性和比例放大器作為 制模式下的比例部分，然后輸出流量的比例閥 比例放大器的輸入的電壓 間的傳遞函數(shù)可以表示為 閥芯位移驅(qū)動(dòng)系數(shù)，單位 m* 流量系數(shù)； 放大器增益，單位 A* 是 地區(qū)梯度 ，單位 m;T 時(shí)間常數(shù) ；ρ 燃料密度， kg/v 是 操作壓，單位 因?yàn)?燃燒室的燃料流量等于所述泵的輸出流量減去 輸出流量，因此，燃料供給系統(tǒng)的整體流量模型可以表示為 該 以作為集中的參數(shù)系統(tǒng)，根據(jù)能量守恒的定律，認(rèn)為系 統(tǒng)溫度有τ秒的時(shí)間延遲，因此，氣體的溫度和燃料流量之間的傳遞函數(shù)可參照文獻(xiàn) [10]。它可以表示為 H 是熱值的燃料， J/ 是燃燒室的體積， ρ kg/J ( )；ρ kg/s； K 是燃燒室壁的傳熱系數(shù)， W/（ ℃） ; kg/m3;冷卻水的流量， m3/s;冷卻水的比熱容， J/（ ） ; α 和 β 是比例因子。 三、控制器的設(shè)計(jì) 整個(gè)系統(tǒng)的控制方案如圖 8 所示。它是一個(gè)典型的串級(jí)控制系統(tǒng)。內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)以流量作為控制目標(biāo)和外環(huán)控制系統(tǒng)以溫度為控制目標(biāo)。外環(huán)控制系統(tǒng)的輸出是輸入的內(nèi)部控制系統(tǒng)，形成了一種串級(jí)控制系統(tǒng)。 圖 8 系統(tǒng)的控制方案 控制器的設(shè)計(jì) 從第四節(jié) 燃料供應(yīng)系統(tǒng) 的流量模型 在兩種控制模式，是一個(gè)簡(jiǎn)單的一階慣性系統(tǒng)，因此，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，本文選擇 其中 應(yīng)用最廣泛的用該算法 作為控制器內(nèi)部循環(huán)流量。 由于增量式 用在最 廣泛地 的 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，本文選取的增量式 制規(guī)律作為控制器，其方程可參照文獻(xiàn) [11]。 比例、積分、微分系數(shù)。 從 (5)和 (6)，增量式 為 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 的執(zhí)行 是非常方便的，因?yàn)樗恍枰鎯?chǔ)最后三個(gè)采樣 誤差 e(k)、 e( e（ 從第四節(jié) 該 系統(tǒng)的溫度模型是一個(gè)純時(shí)滯的系統(tǒng)，模型不夠精確，因?yàn)樵诮＿^(guò)程中有一些假 設(shè) 。此外，該系統(tǒng)的溫度模型也是不 確定的 系統(tǒng)參數(shù)；因?yàn)?這些 系統(tǒng)參數(shù)是 不在相同的 馬赫數(shù)（風(fēng)速）。 該 系統(tǒng) 的 兩個(gè)特點(diǎn)增加了系統(tǒng)的控制難度。所以很難通過(guò)使用簡(jiǎn)單的 態(tài)矩陣控制）是一種基于階躍響應(yīng)被控對(duì)象的模型預(yù)測(cè)控制算法。該方法有一些特性，例如 大時(shí)滯、多變量、 不確定性、 強(qiáng)耦合和難以建立精確的數(shù)學(xué)模型， 并 已成功應(yīng)用在許多工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng) [12]。因此，本文選擇 制法由三部分 組成 ，即模型預(yù)測(cè)，滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正。模型預(yù)測(cè)控制主要用于預(yù)測(cè)模型的未來(lái)輸出。在第一階段的模型預(yù)測(cè)， 樣品 1， 2， ...， 設(shè)該系統(tǒng)將 k）作為初始輸出值， △u（ k）是在 k）（ k+i）， 0<=i<=時(shí)間點(diǎn)的初始輸出值，以及當(dāng)在 當(dāng)有 時(shí)間點(diǎn)增量 M，系統(tǒng)在這樣的預(yù)測(cè)下輸出值 △ u M（ K）， △ u M（ K+1）， ...， △ u M（ K+在 其中 N 是建模的時(shí)域 ;P 是預(yù)測(cè) 的時(shí)間域 ;M 是控制的時(shí)域 ; k） 是在未來(lái)的 P 時(shí)間點(diǎn) 的 系統(tǒng)的預(yù)測(cè)的輸出； △ u M（ K） 是從這個(gè)時(shí)間點(diǎn) M 控制增量 ;元素是 階躍響應(yīng) 系統(tǒng)描述的動(dòng)態(tài)特征系數(shù)。它可以表示為 滾動(dòng)優(yōu)化主要根據(jù)最優(yōu)性能指標(biāo)用于計(jì)算控制增量。最優(yōu)指標(biāo)可以表示為 在 q 和 r 加權(quán)系數(shù)，代表跟蹤誤差的抑制和增量的控制。 輸出控制增量可以得出上述最優(yōu)指標(biāo) 反饋校正用來(lái)糾正模型預(yù)測(cè)誤差。方法是 ： 首先使用Δ uM(k) 的第一個(gè)元素來(lái)計(jì)算控制輸出，并預(yù)測(cè)未來(lái)該系統(tǒng)的輸出 y k)和該系統(tǒng)可以通過(guò)控制輸出的實(shí)際的輸出 y (k +1)，然后可以由預(yù)測(cè)誤差的第一個(gè)元素 y k)計(jì)算出，即 y k+1|k) (k)即 。它可以表示為 因此，使用加權(quán)系數(shù)我 hi(i= 1， 2， ...， N)，可以獲得如下預(yù)測(cè)值的校正值： 四、實(shí)驗(yàn) 在本節(jié)中，實(shí)驗(yàn)研究已通過(guò)使用該控制系統(tǒng)和控制方法進(jìn)行本文 設(shè)計(jì)的 躍 響應(yīng)系數(shù)和 中給出。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)有兩種不同的操作模式，即高溫度和流量大情況下使用泵控制模式，在溫度低 和 流量小 情況 下 ， 使用比例節(jié)流閥控制 方 式 。 所述 在 兩種模式分別實(shí)現(xiàn)。 氣體溫度階躍 響應(yīng) 的結(jié)果從 1100℃ 到 1300℃ （風(fēng)洞的類(lèi)型是 900 ℃ 洞）在泵控制模式顯示在圖 9中，氣體溫度從 400℃ 到 600℃ （風(fēng)洞的類(lèi)型是400℃ 風(fēng)洞 ）在比例節(jié)流閥控制模式下 階躍響應(yīng) 結(jié)果 顯示在 圖 10。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，可以看 出： 在泵模式中，系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間是大約 15秒 ， 溫度的穩(wěn)態(tài)誤差大約為 10℃ ，溫度無(wú)超調(diào) ；在閥模式中，該系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間是大約 30秒，溫度的穩(wěn)態(tài)誤差大約為 10℃ ，溫度無(wú)超調(diào)。響應(yīng)時(shí)間的差異是由不 同的控制模式和不同類(lèi)型的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞引起的。從整體實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，可以看出，本文設(shè)計(jì)的 可以實(shí)現(xiàn)的 制精度是 ±10℃ 左右。 表一 相關(guān)參數(shù) 圖 9 在泵控制模式下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 圖 10 在閥門(mén)控制模式的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 五、結(jié)論 在本文中，首先，氣體溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了根據(jù)控制要求的氣體溫度和熱校準(zhǔn)風(fēng)洞的氣體溫度控制中的實(shí)際問(wèn)題?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)的燃料供給系統(tǒng)、 現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程 制程序的設(shè)計(jì)。然后建立了外環(huán)內(nèi)環(huán)和溫度模型中的流量模 型，并分析了該系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)模型的特點(diǎn)提出了 級(jí)控制方案。 最后，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果是在兩個(gè)不同的控制下進(jìn)行，通過(guò)使用該控制算法模式。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明： 所提的串級(jí)控制算法在兩種不同的控制模式的控制精度為 ±10℃ 左右，溫度有無(wú)超調(diào) ;由于 不同的控制模式和不同類(lèi)型的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的響應(yīng)時(shí)間是不同的 ， 系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間為約 15秒的泵模式（風(fēng)洞的類(lèi)型是 900 ℃ 的風(fēng)洞 ）和 30秒在閥模式（風(fēng)洞的類(lèi)型是 400 ℃ 風(fēng)洞 ）。 參考 文獻(xiàn) [1] S. L. . “1700°C 20,2000. [2] J. F. M. G. . “of 51, 2012. [3] A. K. P. . “ 20, 2012. [4] T. X. Pu . “ ID on a in a 4142010. [5] L. . “of in ID P 4, , 2012. [6] M. T. J. . “ 2008. [7] J. . “of I a 2003. [8] “ 2003. [9] . “of by 2011. [10] F. . “of of 16, 2012. [11] Z. 005. [12] J. 1979.