超声波生物处理系统的建模与H∞控制研究

发布时间：2017-10-24 16:00

  本文关键词：超声波生物处理系统的建模与H∞控制研究

  更多相关文章： 压电换能器 超声波提取 微分方程 状态空间模型 H∞控制 L2扰动抑制

【摘要】：超声波生物处理技术是一种无污染、无残留的绿色生产技术。在生产过程中,生物物质、细胞对超声波的频率、功率具有一定的敏感性,超声波的发射和细胞损伤之间也具有高度的相关性,特别对于单一物质的提取,超声波频率、功率的不稳定,会影响生物处理过程生成物的杂质含量较高,甚至会影响提取物的生物活性。本文基于控制理论研究超声波生物处理系统的建模与H∞控制具有理论意义和学术价值。论文的主要工作如下。(1)针对超声波生物处理系统的运行特点,旨在提高超声波生物处理系统的鲁棒性,将超声波生物处理系统分作换能器换能机制和超声波提取过程两个部分,并分别对两个部分进行简单的系统描述和建模分析。(2)针对超声波生物处理系统的换能器换能机制部分,为了得到适用的数学模型,通过对比压电换能器的等效电路模型与压电换能器的受迫振动方程,同时考虑换能器换能机制的逆变、整流过程,建立了换能器换能机制的状态空间模型。(3)针对超声波生物处理系统的超声波提取过程部分,为了得到可描述提取过程的数学模型,从Fick第二定律入手,建立了超声波功率与超声波提取浓度之间的输入输出模型。(4)为了抑制超声波生物处理系统运行中存在的不确定性以及干扰,提高系统的鲁棒性,基于马尔科夫跳变理论建立了预测模型。针对马尔科夫预测模型设计了控制律,并通过仿真、与其他控制律相比,所提的控制律的效果更优。综上所述,本文主要研究了超声波生物处理系统的建模与控制律设计,仿真实验证明了所设计的控制律有效。
【关键词】：压电换能器 超声波提取 微分方程 状态空间模型 H∞控制 L2扰动抑制
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP13;TB559
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 问题提出与研究意义7-8
• 1.2 超声波生物处理系统综述8-11
• 1.3 研究内容简介11-13
• 第二章 控制系统描述与建模分析13-18
• 2.1 引言13
• 2.2 控制系统描述13-14
• 2.3 系统的建模方法分析14-17
• 2.3.1 换能器换能机制的建模分析15-16
• 2.3.2 超声波提取部分的建模分析16-17
• 2.4 小结17-18
• 第三章 换能器换能机制的建模18-35
• 3.1 引言18
• 3.2 压电换能器的响应特点18-24
• 3.3 压电换能器的建模24-30
• 3.3.1 压电换能器等效电路的建模24-26
• 3.3.2 考虑电感匹配的压电换能器建模26-30
• 3.4 换能器换能机制的建模30-34
• 3.4.1 换能器换能机制的逆变过程建模30-31
• 3.4.2 换能器换能机制的整流过程建模31-32
• 3.4.3 换能器换能机制的建模32-34
• 3.5 小结34-35
• 第四章 超声提取过程的模型分析35-41
• 4.1 引言35
• 4.2 超声提取过程的模型假设35
• 4.3 超声提取过程的模型推导35-38
• 4.4 超声提取过程的模型验证38-40
• 4.5 小结40-41
• 第五章 系统控制策略研究41-59
• 5.1 引言41
• 5.2 压电换能器的H∞控制研究41-49
• 5.2.1 压电换能器等效模型的鲁棒控制研究41-46
• 5.2.2 考虑电感匹配的压电换能器的L2 干扰抑制研究46-49
• 5.3 换能器换能机制的H∞控制研究49-58
• 5.3.1 换能器换能机制的H∞控制研究49-53
• 5.3.2 基于马尔科夫跳变的H∞控制研究53-58
• 5.4 小结58-59
• 第六章 总结与展望59-61
• 6.1 总结59
• 6.2 展望59-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-66
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 庄南生;王英;唐燕琼;林炳英;许道钊;;超声波处理柱花草种子的生物学效应研究[J];草业科学;2006年03期

2 赖志林;刘向东;陈振;任宪仁;;压电陶瓷执行器多模时变滑模逆补偿控制[J];电机与控制学报;2012年01期

3 曲东升,荣伟彬,孙立宁,徐晶,蔡鹤皋;压电陶瓷微位移器件控制模型的研究[J];光学精密工程;2002年06期

4 王岳宇;赵学增;;补偿压电陶瓷迟滞和蠕变的逆控制算法[J];光学精密工程;2006年06期

5 范伟;余晓芬;奚琳;;压电陶瓷驱动系统及控制方法研究[J];光学精密工程;2007年03期

6 贾宏光;郑岩;吴一辉;王立鼎;;非线性模型的压电元件复合控制方法[J];光学精密工程;2007年10期

7 党选举;;压电陶瓷执行器的神经网络实时自适应逆控制[J];光学精密工程;2008年07期

8 赖志林;刘向东;耿洁;李黎;;压电陶瓷执行器迟滞的滑模逆补偿控制[J];光学精密工程;2011年06期

9 陈辉;谭永红;周杏鹏;张亚红;董瑞丽;;压电陶瓷执行器的动态模型辨识与控制[J];光学精密工程;2012年01期

10 陈刚,李丹阳,张光明;高浓度难降解有机废水处理技术[J];工业水处理;2003年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 蒋北艳;Markov跳跃系统的鲁棒控制[D];东北石油大学;2011年

2 史雄伟;污水处理过程的智能优化控制方法研究[D];北京工业大学;2011年

3 孙国金;超声辅助竹叶黄酮提取研究[D];浙江大学;2003年

4 胡新伟;大功率压电超声换能器的非线性研究[D];陕西师范大学;2007年

5 赵超;超声强化亚临界水提取枸杞多糖的研究[D];华南理工大学;2014年

6 宋韬略;基于神经网络的污水处理预测控制模型研究[D];东北石油大学;2014年

，

本文编号：1089453