工业微波应用设备馈能系统仿真优化及功率控制系统设计

发布时间：2017-10-24 17:36

  本文关键词：工业微波应用设备馈能系统仿真优化及功率控制系统设计

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【摘要】：微波能应用具有节能、环保、高效、可控等优势,既符合现代工业需要又符合节能减排要求,在很多领域得到了广泛的应用和发展。微波能应用设备主要包括微波能发生器、微波能传输线、微波能应用腔体、微波功率控制系统等组成部分。微波能量从磁控管发出,经过传输波导、馈能波导进入微波应用腔体作用于物料,微波经过的这几个部分组成的微波馈能系统是整个微波能应用设备的主要组成部件,其性能直接影响整个设备的效率、使用寿命及对物料的处理质量等,如何设计出效率高、实用性强的大功率微波馈能系统是我们当前急待解决的问题。微波能应用的工艺要求,根据不同的处理对象和处理目标在不同处理阶段有更准确的功率控制,传统的手动设置功率或简单的反馈调节技术已不能满足产业化的需要,如此大的微波功率调节控制技术在国内国际都没有应用范例。本文结合实际项目,选取微波煤炭干燥设备,首先采用CST软件进行仿真设计,确定了馈能波导的尺寸及排列方式,结合谐振腔及微波应用理论分析讨论了不同的物料含水率、负载高度、负载厚度等因素对微波能应用设备馈能系统与谐振腔体匹配性能的影响,优化设计出匹配良好的馈能方式,得到驻波系数小、场分布均匀的微波谐振腔,为各类型的工业微波应用设备的设计提供方向。为了能够适应微波煤炭干燥生产线复杂的环境,开发了微波功率自动控制系统,解决了以往控制系统数据传输慢、可靠性低等问题,根据煤炭干燥状态的变化来调整微波源功率的输出,达到了安全、高效生产的目的。控制系统基于CAN总线的集散控制系统架构,系统传输速度快、可靠性高,并且可以非常方便的扩展被控制微波源的数量;控制系统包含一套基于PID的微波源功率控制算法,直接通过采集的温度和反射功率计算出所需输出功率,具备一定的通用性。
【关键词】：仿真优化 CST 功率控制系统 CAN PID
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN015;TP391.9
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 微波的概念及特点9
• 1.2 工业微波能应用技术的历史和发展9-11
• 1.3 选题依据及研究意义11-12
• 1.4 国内外研究现状12
• 1.5 本文研究内容12-13
• 第二章 工业微波能应用及微波功率控制理论分析13-19
• 2.1 微波能应用理论分析13-14
• 2.2 微波驻波场应用器多模腔理论14-15
• 2.3 电磁仿真技术及CST软件15
• 2.4 S参数的含义及用途15-16
• 2.5 PID控制理论16-18
• 2.6 CAN总线简介18-19
• 第三章 微波煤炭干燥设备的仿真优化设计19-34
• 3.1 煤炭含水率对微波场的影响19-24
• 3.1.1 煤炭介电常数的测量19-20
• 3.1.2 介电常数和正切损耗对煤炭受热的影响20-21
• 3.1.3 微波在煤炭中的穿透深度21-22
• 3.1.4 含水率对场均匀性的影响22-24
• 3.2 微波作用腔及馈能喇叭波导的确定24-26
• 3.3 馈能喇叭排列方式26-29
• 3.4 负载高度位置确定29-31
• 3.5 负载厚度仿真模拟31-33
• 3.6 本章小结33-34
• 第四章 微波功率控制系统设计34-37
• 4.1 设计背景34
• 4.2 系统架构34-35
• 4.3 控制系统需求35
• 4.3.1 功能需求35
• 4.3.2 性能需求35
• 4.4 软件环境35-36
• 4.5 控制软件设计36-37
• 第五章 微波功率控制系统设计实现37-63
• 5.1 系统硬件实现37-38
• 5.2 系统工作流程38-39
• 5.3 数据传输系统设计实现39-48
• 5.3.1 基于CAN总线的数据传输系统39-43
• 5.3.2 上位机读取数据采集PLC数据43-46
• 5.3.3 嵌入式控制器数据处理流程46-47
• 5.3.4 PLC获取嵌入式控制器数据47-48
• 5.4 控制算法48-58
• 5.4.1 基础数据采集计算48-51
• 5.4.2 采样温度的中值滤波51-54
• 5.4.3 PID控制算法54-58
• 5.5 实时监控系统设计实现58-63
• 5.5.1 监控界面58-59
• 5.5.2 参数设置与测试59
• 5.5.3 数据存储与调用59-63
• 第六章 微波功率控制系统调试63-69
• 6.1 监控系统调试63-64
• 6.2 普通参数调试64
• 6.3 PID参数调试64-69
• 第七章 总结与展望69-70
• 7.1 工作总结69
• 7.2 工作展望69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-73

【参考文献】

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