裘智峰[1]2004年在《微波烧结温度智能控制的研究与实现》文中提出微波烧结是一个非常复杂的过程。其中，微波温度的控制对材料烧结的成功与否起着非常重要的作用。本文在分析了微波烧结温度工作过程的特性和系统的特殊之处后，提出了计算机两级控制系统的结构对微波烧结温度进行了有效的控制。 论文针对系统采用的计算机两级控制系统中的通讯问题进行了大量的研究和实践工作。研究并实现了基于PLC的不定字长的通讯方法和在Delphi环境下运用MSComm ActiveX控件实现可靠的通讯。 论文对被控系统模型进行了参数测量与辨识。针对微波烧结温度过程具有非线性、时滞、随机性和动态时变等特性，分析了传统控制算法，模糊控制算法，模糊PID控制算法在微波烧结温度控制上的优势和劣势。在此基础上，针对微波烧结实际过程中的一些特点，我们引入了预测控制思想，分析与研究了预报式模糊算法基本原理，设计出了基于预报式模糊的微波烧结温度控制算法，较为有效的解决了系统的滞后问题，减小了系统的超调。对采样数据进行卡尔曼滤波以提高控制的精度并且加入前馈增强系统的动态跟踪性能。试验结果表明这些措施对微波烧结温度控制策略进行了有效的优化。 最后，在面向对象的程序设计思想指导下，充分利用第叁方控件的功能，开发出了多个功能模块。系统应用软件的设计与实现为整个控制系统的完成提供了有力的保障。
丁忠军[2]2005年在《非氧化物陶瓷材料微波烧结自动化装置的研究》文中研究表明微波烧结技术是利用微波具有的特殊波段与材料的基本细微结构耦合而产生热量,材料的介质损耗使其材料整体加热至烧结温度而实现致密化的方法,它具有烧结温度低、烧结时间短、能源利用率和加热效率高、安全卫生无污染等优点。是快速制备高质量的新材料和制备具有新的性能的传统材料的重要技术手段。 本文论述了非氧化物陶瓷材料微波烧结制备的工艺要求,以及根据工艺要求而进行的连续自动化烧结制备系统的设计。简单论述了几种常用烧结腔的特点,进行了烧结腔体的设计选型;详细分析了微波烧结材料温度测量的难点,在微波温度场研究的基础上,提出了基于泛布尔代数的微波烧结材料软测量的理论方法和设计思想,建立了基于神经网络的软测量模型。 分析了Lab VIEW图形化语言的特点和优点,论述了在Lab VIEW平台上进行测控系统的软件设计的方法,主要包括串口通信,调用MATLAB进行数据分析处理,以及基于显示控件子Ⅵ的动态交互界面设计。 简单地阐述了基于软测量的推断控制的理念,详述了泛逻辑控制算法的理论体系和泛逻辑模糊智能控制器基于工况的变结构控制特点。通过仿真验证了泛逻辑模糊智能控制器在复杂过程控制系统中的有效性。结合推断控制系统对参数检测精度的要求,论述了运用DSPBuilder设计的基于FPGA的硬件滤波器流程和方法,分析了计算机控制系统的干扰源,进行了具体的抗干扰技术设计。 通过计算机仿真实验,系统运动比较平稳,过程参数的测控精度较高。软件界面友好,操作方便。
杨彪[3]2014年在《大功率微波加热系统热性能数值模拟及智能控制研究》文中指出工业微波能应用技术在发达国家被誉为“二十一世纪新一代技术”并纳入国家新能源战略,微波加热具有“优质、高效、节能、环保”等显着特征,已成为绿色冶金的重要发展方向。但单机微波功率小,连续化生产难,以此为背景,进行大功率微波加热系统热性能和智能化控制的研究,以期获得微波加热工业化应用中,大尺寸谐振腔内的温度分布、升温特性以及由于“热点”所导致被控参数扰动的智能控制策略。首先本论文采用大型多物理场耦合数值模拟仿真软件COMSOL Multiphysics,结合自编程,仿真分析了非相干波源合成的大功率微波加热系统的热性能,在此基础上,应用对控制对象模型依赖性不强的计算智能方法—模糊逻辑、神经网络结合自适应、预测机制,实现了对大功率微波加热系统工业化应用中的循环加热酸洗钛带卷速度的双模糊自适应PID控制、连续酸洗系统酸洗液浓度和温度的自适应直接非线性预测控制、微波深度干燥富硒渣温度的自适应遗传算法PID控制,主要开展的工作及取得的研究结果如下：(1)多源微波加热是一个时变分布式、高维非线性的非自衡振荡过程,“热点”是其温度控制的主要干扰。调压控制磁控管的微波功率输出是一个二阶环节。(2)非相干微波源合成大功率微波加热系统功率的智能控制研究。通过研究微波源的位置、’自身发热温度、使用时间寿命对微波功率的影响。采用自适应遗传算法,以所需微波功率为优化函数,微波源自身发热温度和使用寿命为约束条件,实现了基于自适应遗传算法的210个微波源功率寻优开环调节,在主频为1400MHz的Pentium(R)M上用大约2.8s得到了需求功率的满意解。(3)测定了HCl、HF、H2SO、HNO3和混合酸(HF+HNO3)的复介电系数,吸波性能依次增强。数值计算了米级大尺寸多微波源加热系统的热性能,计算了微波加热腔内循环酸液在不同初始温度、微波功率、液体流速、应用管半径对升温和温度分布影响结果的模拟计算,与微波循环加热扩大试验研究的实测数值相比,出口温度误差为11.3%,最大相对误差为14.1%,二者的变化规律基本一致。(4)针对微波循环加热酸洗板带卷酸洗速度的控制,采用类串级的双模糊自适应PID算法,考查仿真时间为300s,在200s时馈入由于“热点”引起对象环境变化的干扰,结果表明,该类串级控制系统能有效地适应温度和压强的变化,并平滑克服了扰动,从而确保酸洗液温度和紊流强度匹配上板带卷的酸洗速度。实际应用效果表明,减少了由于“热点”所导致酸液升温误差的40%。(5)根据微波加热循环酸洗钛带卷过程洗液的浓度、微波加热的温度,建立了基于动态神经网络的自适应直接非线性预测控制模型。设计了基于具有可变增量因子和遗忘因子的RLS算法训练串-并联的动态神经网络的辨识模型,并建立了以该模型为预测的自适应非线性模型预测控制算法。系统仿真验证了控制器结构的有效性和控制算法的收敛性及可行性,对给定跟踪、模型失配的响应过程进行了仿真,表明该控制模型可以实现对酸洗液浓度、温度给定参考的跟踪和有效克服“热点”等对其的扰动。(6)在传统PID反馈调节策略的基础上,通过调整馈入微波深度干燥富硒渣过程变化的信息,采用基于遗传算法在线调节的自适应PID控制算法实现了微波深度干燥富硒渣的温度控制。结果表明,在5种典型的过程模型计算中,于30秒时馈入由“热点”所导致被控温度扰动,显示出算法在线整定结果鲁棒性更好,抗环境干扰能力更强。同时,应用于多层旋转的工业微波深度干燥富硒渣的温度控制结果也好于常规PID,说明算法也适用于非线性系统的参数整定,因而有较大的优越性。实际应用效果表明,有效减少了由于“热点”所导致的硒挥发量。大功率微波加热系统及其智能控制加热酸介质、干燥富硒渣的工业化应用取得了显着的效果：(1)替代了传统的锅炉-石墨加热器,从根本上杜绝了燃煤带来的环保压力,避免了电加热系统脆弱的抗腐蚀性能以及燃煤锅炉-石墨换热器孔道易结晶堵塞的难题,比之于燃煤锅炉加热混酸介质,预热时间缩短了80%,降低能耗约为75%,并消除了燃煤锅炉带来的NOx、SO2等污染。提高了酸洗连续性(连续酸洗钛带卷直接增值达1.2亿元)和酸洗效率(相比深槽提高20%),避免了钛带卷的欠酸洗和过酸洗(一次酸洗合格率提高了15%)。(2)将含水量约为30%的富硒渣原料干燥脱水至1%,由传统电阻加热耗时60～70h缩短为2h。有效减少了由于“热点”所导致的硒挥发量,硒回收率提高了2～3%。提高了干燥的连续性和干燥效率,减少了劳动强度,有效的降低了能耗,提高了金属收得率。
陈进, 周治国, 崔晶晶[4]2006年在《九点控制器在陶瓷材料微波烧结温度控制系统的应用》文中指出介绍了一种新型的逻辑控制器——九点控制器,它具有控制规则简单,对被控对象无严格的限制等特点,在稳定控制和延时控制方面有很好的控制效果。文章对它用于陶瓷材料微波烧结温度控制系统进行仿真研究,实际表明此控制方法具有可行性。
胡敏[5]2009年在《微波烧结计算机自动控制系统》文中认为相对于电子陶瓷的传统烧结,微波烧结具有烧结时间较短、节约能源、产品性能优异、符合环保要求等特点,材料的微波处理技术是近年来材料科学的研究热点之一。不同材料对微波的吸收特性相差很大,微波烧结设备必须与材料的烧结工艺紧密结合,才能用微波烧结工艺制备出高性能的电子陶瓷元件。本文在微波烧结原理分析的基础上,利用计算机、红外测温仪、智能温控仪和微波反应腔等设计出了PTC陶瓷的微波烧结系统。该系统具有自动化程度高、温度控制精确、性能稳定可靠等优点,该系统的温度曲线可以根据不同陶瓷的工艺要求进行设定,并调节相应的辅助加热装置,可以烧结多种电子陶瓷。本文根据微波烧结的特点,测温方式采用红外测温。红外测温为非接触式测温,可以避免微波电磁场对温度传感器的干扰。红外测温仪将温度信号传送给温度控制仪表,温度控制仪表根据设定值与测量值进行PID调节输出模拟控制量,控制微波发生器输出微波能,实现温度的自动控制。PC机作为上层控制,显示系统实时状态以及发送控制参数,达到全自动智能控制。系统软件为Windows平台下的应用程序,基于Visual C++6.0开发。系统软件应用面向对象编程方法,功能完善,使用方便,性能可靠安全。软件负责人机接触,实现人机对话,可发送控制指令到智能温度控制仪表、监测系统实时状态、记录系统运行的数据等。本文的微波烧结系统采用红外测温技术使温度的测量更精确,利用计算机作为主控机实现了全自动化。微波反应腔和辅助加热装置的结构设计使系统能满足电子陶瓷的烧结要求。在设计和组装完微波烧结系统之后,本文对PTCR的微波烧结进行了一定工艺实验,将微波烧结与传统烧结的样品性能进行了对比,试验表明该系统能够满足PTC烧结工艺的要求。
宋俊蓉[6]2017年在《基于多率自适应的微波加热过程的温度控制研究》文中提出与传统加热方式相比,微波的体加热方式具有绿色清洁、选择性加热、加热速度快、加热及时等优点,且目前也已在工农业以及医疗领域中取得了一定的应用价值。然而,介电媒质在微波作用下所存在的温度分布不均、局部过热等现象可能导致热失控等安全问题。解决或改善这些问题的主要举措是对受热媒质的温度或温升速率进行有效控制。但是,这种使媒质从内部快速升温的加热方式,加上系统具有时变、外部扰动以及内部不确定性等特点,使得对受热媒质的温度实施精确实时的控制存在一定困难。因此,论文通过综合分析微波加热的原理、特点以及系统的基本组成,采用多率自适应控制策略,分别对媒质单点以及多点的温度进行跟踪控制研究,以达到抑制热失控和改善媒质温度分布不均的目标。主要内容如下:(1)针对热失控的问题,考虑到微波加热过程中存在微波馈入功率速率快于温度检测周期的情况,提出采用SISO多率自适应控制策略,通过快速准确地控制微波功率,对媒质多个温度检测点中的最高温度进行跟踪控制,以此来达到抑制热失控的效果。该控制策略通过引入内模滤波器,将跟踪问题简化为稳定问题,利用自适应输出估计器对多率系统进行辨识;考虑到系统的非对称性饱和的输入约束情况,对基于ASPR条件下的自适应算法进行改进。最后,对该控制策略的有效性进行仿真分析以及实验验证。(2)针对受热媒质温度分布不均的问题,提出SIMO多率自适应控制策略,通过对媒质多点的温度进行有效控制,达到改善媒质温度均匀性的目的。该控制策略首先利用多率采样及内模滤波器,将SIMO系统的跟踪控制问题转化为输入输出等维的MIMO系统的稳定问题,以满足自适应控制器的设计要求;进一步,针对系统的输入约束,提出改进的自适应控制算法,并利用Lyapunov第二法对所提算法的稳定性进行证明;最后,仿真分析该控制策略在改善媒质温度均匀性上的有效性。
陈颀[7]2016年在《微波冶金反应器嵌入式控制系统装置及控制策略研究》文中认为随着微波应用技术的发展,微波已从传统的通信领域拓展到微波探测、微波加热、微波化学等多个领域。微波加热作为一种新型的加热方式已经在烘烤、冶金、材料烧结方面崭头露脚,它具有加热效率高、升温速度快、选择性加热以及易于控制等诸多优点,并且随着半导体和计算机软件技术的发展,它更容易实现控制的智能化、网络化。但是在微波加热中使用的磁控管都需要上千伏的驱动电压以及较大的驱动电流,使用传统的变压器升压和整流方式不仅设备笨重、体积庞大,并且效率低下。采用开关电源可以减轻设备重量、缩小体积,同时也能提高效率,但在高频、大功率条件下开关损耗不容忽视,它不仅导致开关管发热严重,设备效率无法进一步提高,严重时甚至会影响到电源的稳定性,同时还具有很强的电磁干扰,这对同一系统中使用低电压、弱电流的控制系统有很大的影响,特别是系统中的微弱信号检测电路,影响则尤为严重。电磁干扰对系统的可靠性和稳定性构成极大的隐患。微波反应器中既有高电压、大电流的磁控管电源驱动电路,又有低电压、弱电流的控制、通信电路,更有温度信号检测这样的电磁敏感电路。针对微波反应器的功能要求以及系统内部的复杂情况,首先要能精确控制微波反应器炉腔内温度及变化曲线,其次需使微波反应器的电源效率不低于96%,再次要让系统具有较高的稳定性和可靠性、以及较好的电磁兼容性。这对微波反应器的整体设计提出了更高的要求。本文意在利用电力电子技术及嵌入式技术搭建一个高效率、高功率密度、高稳定性、低成本,并且具有较好电磁兼容性的微波反应器控制系统。微波反应器中的磁控管由于其特殊的伏安特性,在工作区中,很小的电压变化量将会引起很大的电流幅度变化,从而引起较大的功率变化,若系统只通过检测电压的方式来控制磁控管,则系统很难得到稳定的功率输出,从而影响炉腔内温度的精确控制；若系统直接通过检测电流的方式来控制磁控管,则无法准确确定磁控管的当前工作区。本文采用了电压和电流相结合的控制方式,并配合以自适应模糊PID控制算法,这样能有效的控制磁控管的功率,在一些对温度曲线要求严格的材料烧结应用中,系统也能够很好的控制炉腔的温度曲线。工业用的高功率磁控管通常采用高压直流驱动,本文对驱动磁控管的AC-DC开关电源的原理及电磁干扰产生的机理进行了深入的分析,普通的开关电源相对于线性电源在效率上已经有了很大的提高,但是在进一步提高功率密度情况下,电源的效率则呈下降趋势,无法达到设计要求,本文采用了基于LCC谐振的软开关技术,即利用开关管在零电流或零电压条件下开通和关断的方法,大大降低了开关管的开关损耗,使得电源效率基本在96%以上。同时,由于开关管开通和关断的特殊条件,大大减少了系统的电磁干扰,也减少了电源模块对其它模块的干扰,提高系统的可靠性和稳定性。系统控制部分采用了嵌入式技术,以ARM CORTEX-M3内核的STM32微控制器作为主控芯片,利用微控制器自带的A/D转换器通过热电偶及辅助电路实现反应器内部温度数据的采集,利用双串口一方面和上位机进行通信,另一方面接收来自电参数测量模块的数据,对磁控管的功率进行实时监控,从而实现对温度和功率的有效控制。采用嵌入式技术大大降低了系统成本,同时微控制器强大的运算能力为算法的运算提供了条件。微波反应器控制系统硬件部分由主控制模块、电源驱动模块、电参数测量模块、温度检测模块、数据通信模块等组成,各模块之间通过RS-485总线进行连接。主控制模块通过电参数测量模块和温度检测模块实时监控磁控管功率和微波反应器腔内温度；通过数据融合和控制算法对电源驱动模块进行控制,实现特定要求的微波反应器加热控制；通过通信模块接收上位机的指令,同时反馈微波反应器的状态数据。模块化的设计方法使得系统较强的可测试性和可维护性,在最后的系统联机测试中也充分体现了这两点,测试结果表明本系统实际运行和理论分析基本一致,完全满足实际需求。
付明, 尹华杰[8]2010年在《敏感陶瓷微波烧结炉驱动电源设计》文中提出微波烧结炉驱动电源是用来驱动磁控管的,采用PWM脉宽调制技术,通过调节PWM信号占空比实现对系统输出功率的调节。PWM信号由以ATm ega16系列单片机为核心的电路产生,电路利用PID算法实现对PWM占空比的精确调节,通过串口与上位机通信。利用Visual C++6.0开发上位机软件,可实现温度曲线设置、烧结曲线的实时绘制与保存,PID参数设置等功能。对氧化锌压敏电阻进行了烧结,结果表明,由该电源组成的系统烧结效果优于传统烧结。
汤建伟[9]2003年在《微波电磁场对磷矿酸解液固反应影响的研究》文中提出液固反应是矿物化学处理最常见的加工方法之一。在磷矿酸解反应过程中，随着矿物的溶解，将出现反应产物的扩散和结晶。当结晶过程在固体反应物颗粒表面进行时，有可能在该颗粒表面形成一层固态薄膜，包裹该颗粒表面，阻碍矿物的继续分解，减慢甚至终止矿物的溶解反应过程。 加快磷矿酸解液固反应的传统方法主要有两类：1)控制反应条件，使矿物颗粒表面的反应产物为粗大结晶以形成疏松可透性膜；2)降低固液表面能，增大颗粒表面润湿度。这些方法与磷矿酸解工艺条件相关性较高，技术局限性较大。 微波是频率在300MHz～300GHz的电磁波，其具有吸收性和穿透性。液体分子吸收微波后，随着微波能量场正负极性的不断变换而改变方向，从而使液体分子的电离程度、离子活度和向反应固态膜的渗透能力都得到提高。液体分子间的相互摩擦和搅拌将产生微波“热效应”和“非热效应”，影响反应产物的结晶过程，加快反应产物向液相主体的扩散速度，增大液体分子与磷矿粉颗粒的接触几率。 硫酸或磷酸分解磷矿是磷肥工业中最重要的液固分解反应。本研究从磷矿酸解液固反应入手，通过对比的方法，探讨常规的液固反应体系施加微波电磁场后，对分解反应的影响。 主要的研究工作包括：1)构思和建立了间歇式多模腔微波反应器实验装置和间歇式程控加热反应实验装置；2)开展了微波作用与否条件下，等温和非等温条件下的硫酸分解磷矿反应动力学研究；3)测定了微波电磁场对磷矿分解反应体系中的液相物质的影响；4)研究了微波和加热作用对溶液结晶过程的影响；5)利用~(32)P示踪剂，模拟了微波与加热作用对介质渗透的不同影响。 实验结果表明，在一定的条件下，微波能够促进磷矿酸解液固分解反应的进行，加快反应速率;提高反应体系液相物质的电导率，促进磷酸和硫酸的电离，同时能够提高磷矿矿浆的温度，促进水分蒸发;微波能够加快反应结晶的沉积析出，并具有细化、均化结晶的作用，但微波作用不会改变结晶晶习、晶格结构和晶体组成;微波作用提高了分子的活度和自由运动的分子数目，促进了磷酸分子或离子在多孔介质和分子筛中的渗透能力;微波不仅存在“热效应”，而且存在“非热效应”。 通过等温稳态反应实验数据，建立了微波作用与否条件下的等温稳态反应动力学模型，如(1)、(2)式所示。 微波::=1.99sxzo一’e，o‘，o‘RT〔l一(1一x)“，j{z+(YZ/6)〔z+(z一x)’‘3一z(z一x)2‘，〕}(z) YZ=4 .478X105一3.849X10，T+1.102X10T，一l.052XI0一’T3 加热::=0.32se，，，‘o爪丁[l一(1一x)，‘，〕{z+(yZ/6)[1+(l一x)’‘，一z(1一x)’‘，〕}(z) YZ=2 .209 X 105一1.872X103T+5.29灯2一4.98X10一3T3式中:T为反应温度，K;t为反应时间，min;x为反应分解率，%;R为摩尔气体常数，8.314)/(mol·K)。 发现了微波作用对反应活化能和频率因子的同升效应，施加的微波场从抑制和促进反应两个方面影响着反应物系。在反应温度超过40℃后，微波化学反应速率将超过非微波化学反应速率;发现了微波对扩散系数的负效应。当反应温度超过70℃后，随着温度的继续升高，微波与对照条件下的有效扩散系数Dc‘/D‘比值逐渐下降，传质速率不断减慢。 、_、._。、_，___~_，、_，。.~，.，_，，一_二.，，~，，、_一:、~、一一_tdT}~、~ 通过微波和程序升温加热条件下的实验数据，发现升温速率洲毛舟}，与温 ~一‘认州‘件，‘”~”“““小”’““大似取相’认~“’甲尸{dt)’刃~度T呈非线性关系，回归出升温速率方程。月一e子+‘(3)式中系数如(4)、(5)式所示。、，、rJ任一勺J了、尹r、a=一70 432.434e一仪’/，27’78一434.812w十0.857 wZ十69 312.488b~一0 .0932一0.2105w+0.00215 wZ一5.947 w3h，__、，一，、~、一一}dT}__，.、，六.、、山_.一_，，、，一。~一~__，一甄甲消为井温遐率1二厂r!，入/mm;w刀佩淡切革，W;a，b刀勺佩淡怕熊切半 u乙]w有关的系数。 随着时间的延长，温度呈升高趋势，但升温速率呈下降趋势;在每个微波功率下，其升温速率并不是一个常数，而是时间的函数。同时还推出了非等温条件 —n—下的硫酸分解磷矿反应动力学模型，如(6)式所示。 In{〔(l一z)，一’一I〕八:一l)}=In(A/月。)·(E‘/R)一2 .325一0.4567(E‘瓜T)(6)(6)式中部分系数如(7)、(8)式所示。 A二1 .822 X 10‘e一/5·’‘o+1.838w一7.0 X 10一‘wZ一1.936 X 10一，切，一155.939(7) E二4.093 X 103e一/，，25‘一1.540 X 103切+ 11.337 wZ一2.611 x 10一2w3+8.069 X 10‘(8) P。=e‘，尹=。子+‘，五，二五+。R式中:n一2/3;E为反应活化能，J/mol;R为8.314J/(mol·K)，其它系数含义同(4)、(5)式。 发现在升温速率相同的条件下，微波反应与程序升温反应存在较大差别。当微波辐射功率较低时，?
参考文献：
[1]. 微波烧结温度智能控制的研究与实现[D]. 裘智峰. 中南大学. 2004
[2]. 非氧化物陶瓷材料微波烧结自动化装置的研究[D]. 丁忠军. 武汉理工大学. 2005
[3]. 大功率微波加热系统热性能数值模拟及智能控制研究[D]. 杨彪. 昆明理工大学. 2014
[4]. 九点控制器在陶瓷材料微波烧结温度控制系统的应用[J]. 陈进, 周治国, 崔晶晶. 中国水运(理论版). 2006
[5]. 微波烧结计算机自动控制系统[D]. 胡敏. 华中科技大学. 2009
[6]. 基于多率自适应的微波加热过程的温度控制研究[D]. 宋俊蓉. 重庆大学. 2017
[7]. 微波冶金反应器嵌入式控制系统装置及控制策略研究[D]. 陈颀. 昆明理工大学. 2016
[8]. 敏感陶瓷微波烧结炉驱动电源设计[J]. 付明, 尹华杰. 仪表技术与传感器. 2010
[9]. 微波电磁场对磷矿酸解液固反应影响的研究[D]. 汤建伟. 四川大学. 2003
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