变论域模糊控制在石墨烯温度控制中的应用

发布时间：2020-05-07 09:08

【摘要】：随着时代发展,石墨烯的出现引起了科学界关注,在工业生产和科研领域用途也很广泛。本论文针对氧化法制备石墨烯过程中不同阶段要求的温度范围进行控制。整体制备过程中温度是影响产出最重要的指标,着重考虑温度时变性,滞后性和非线性等限制特征,目前对于以釜内温度为控制对象的研究中,PID算法一直贯穿于控制领域,都是以PID为基础结合智能控制设计出新型控制器,包括对本论文背景中含有干扰的温控过程进行调节,设计出更能满足氧化法制备石墨烯要求的温控系统。通过对氧化法制备石墨烯工艺流程进行分析,主要考虑调节的上升时间,超调量,调节时间,构造出温度-流量联动的控制方式,将冷热媒阀门开度作为主调节装置,温度作为反馈信号,能达到提升控制效率的目的。结合釜内温度与冷热媒参数关系建立模型,由于PID控制超调量大,无法在非线性系统中工作,其参数一旦确定后当系统出现大幅度的波动时很难做出应对措施,所以将PID控制器和模糊控制器结合成新型模糊-PID复合结构温度控制器增强其鲁棒性。由于模糊控制自身规则量化级别的局限性,控制精度受到影响,若为了能识别到微弱的温度波动而增加模糊规则会导致工作量加大的同时增加调节时间,复杂因素产生震荡,结合变论域理论中量化因子和比例因子对规则细化。对于此双模复合控制器,切换方式的选择也很重要,考虑到保持切换过程的平滑性,本课题选用梯形隶属度函数法完成切换。系统仿真图证明了变论域模糊-PID复合温度控制器结合梯形隶属度切换后,在氧化法制备石墨烯不同温度要求下调节更快,超调量更小,出现干扰后也能迅速恢复到要求范围。说明该控制算法在氧化法制备石墨烯温控中能表现出理想效果。
【图文】：

变论域模糊控制在石墨烯温度控制中的应用要由三个温度反应区组成。低温反应阶段：在反应釜中注入 ，将温度降到 4℃时，向其中添加 5g 鱼鳞状石墨和 2.5g 硝酸酸钾，搅动混合继续反应 90min。进入中温反应阶段：保持均稳定升高至 36℃保持反应 30min。进入高温反应阶段：缓慢向离子水，加热保持温度在 85℃保持 20min，再加入一定双氧水应，此时容器内反应液变成金黄色。反应结束后在离心机中进再无白色沉淀，随后样品在 40℃~50℃温度条件下烘干得粉质 2.1 所示。

图 2.2 氧化法制备石墨烯温度控制系统工艺图ocess diagram of graphene temperature control system prepared by oxidat 2.2 将氧化法制备石墨烯的结构流程呈现出，制备过程均在上图中从两个方面进行，一方面是保持温度平衡的中温反应；另一方面是升温反应。中温反应的温度控制在 36℃左右，反应时间保持为 30持在一定范围内的条件下，反应釜内持续进行搅拌。这段反应过程对反应釜内进行降温处理，保持釜内温度在较小范围内波动，通过行恒温控制。中温反应结束之后，缓慢加入去离子水，通过蛇形管高到 85℃左右，加热过程系统从一个冷凝水降温状态切换到热媒冷却液和蛇形管中的热媒流量会体现出时间常数小，，控制通道短动方式可以减小时滞，改善被控过程的动态特性。法制备石墨烯温控系统工艺图及符号含义如下表 2.1 所示。
【学位授予单位】：辽宁石油化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP273.4;TQ127.11

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 章俊;肖赛君;孔辉;张博文;唐鑫;;对球状液滴拉普拉斯公式热力学推导方法的讨论[J];化学通报;2015年10期

2 严林波;;数字PID调节器的分析[J];山东工业技术;2014年21期

3 李东;;辐射温度计在工业生产中的应用[J];产业与科技论坛;2014年18期

4 张锐;万海军;王安华;;基于分段积分的PID控制方法的研究[J];自动化技术与应用;2013年08期

5 王越胜;王俊;;起爆具生产线中的温度PID控制方案设计[J];杭州电子科技大学学报;2012年04期

6 罗庚兴;;基于PLC的液位模糊自适应PID控制研究与应用[J];机床与液压;2012年14期

7 郭海刚;李洪兴;胡凯;;一类变论域自适应模糊控制器[J];模糊系统与数学;2011年06期

8 拉里·哈迪斯蒂;;走神的怪人教授[J];科技创业;2011年08期

9 傅惠;许伦辉;胡刚;王勇;;基于Sugeno型神经模糊系统的交通流状态预测算法[J];控制理论与应用;2010年12期

10 杨勇辉;孙红娟;彭同江;;石墨烯的氧化还原法制备及结构表征[J];无机化学学报;2010年11期

相关博士学位论文 前4条

1 李林国;基于群智优化的多阈值图像分割算法研究[D];南京邮电大学;2017年

2 吴天如;化学气相沉积法生长高质量石墨烯及其光电性能研究[D];南京航空航天大学;2012年

3 曹也文;功能化石墨烯的制备及在高性能高分子材料中的应用[D];复旦大学;2012年

4 李威武;城域智能交通系统中的控制与优化问题研究[D];浙江大学;2003年

相关硕士学位论文 前10条

1 胡亚南;间歇反应釜温度控制算法的研究及实现[D];陕西科技大学;2016年

2 韦超;碳化硅外延石墨烯方法生长设备研制与工艺探索[D];西安电子科技大学;2014年

3 张力影;清漆生产过程建模与控制仿真研究[D];东北大学;2013年

4 张伟花;热处理对石墨烯薄膜结构及电阻性能的影响[D];太原理工大学;2013年

5 李虎;BP算法的改进及其在PID优化控制中的应用研究[D];西安科技大学;2012年

6 屈克;区间直觉模糊推理及其在复杂问题决策中的应用[D];成都理工大学;2011年

7 杨耀华;磁控形状记忆合金驱动的微动工作台驱动器的设计与控制[D];杭州电子科技大学;2011年

8 王飞;基于隶属函数特征参数相似性的模糊推理方法[D];西南交通大学;2011年

9 文科星;智能PID算法的研究及其在温度控制中的应用[D];东华大学;2009年

10 马武;温度—应力试验机温度控制的多模型模糊PID控制算法研究[D];武汉理工大学;2008年

本文编号：2652751