热重分析系统的温度控制方法研究

发布时间：2020-07-14 01:27

【摘要】：由于资源枯竭的问题,生物质作为一种可再生能源有很大的开发潜力和价值。温度控制对燃烧效率至关重要,热重分析设备是一种重要材料研究设备,在程序控制温度下测量待测样品的质量与温度变化关系,进而分析生物质燃烧特征,该设备为能源的高效利用提供保障。热重分析设备尺寸较小,但所需功能要求更齐全,其温度控制要求非常严格。本文详细研究了热重分析系统复杂的运行工况,针对温度非线性、扰动等问题提出了改进温度控制算法并完成了热重分析系统的结构设计及开发。首先,本文对热重分析设备的温度控制进行了深入的研究。通过学习和总结大量文献,研究分析了热重分析系统的升温特性,基于傅立叶导热定律,对流换热定律及热辐射定律,建立了热重分析系统的温度场模型,并通过ANSYS软件仿真详细分析了多种加热条件下温度分布和影响温度控制的主要因素。通过对传统温度控制方法研究,构建了基于模糊PID算法的改进温度控制算法。仿真证明控制算法具有响应快、精确度高的特点,取得了理想的控制效果。其次,本文设计开发了基于STM32的热重分析系统,该系统主要包括:箱式电阻炉;气路模块完成燃烧气体输送;K型铠装热电偶及其信号处理模块、高精度数字天平,用于实现燃烧质量、温度数据的采集;STM32控制器、SCR电力率调整器AP1-40,用于控制各模块功能及实现基于改进的模糊PID控制算法的温度控制;上位机LabVIEW人机交互界面,通过RS232串口与控制器进行通信,接收来自下位机传递的数据信息,实现测量数据的图型显示、储存等功能。该论文通过大量的实验分析与验证,基于模糊PID的温度优化控制算法效果明显优于常规PID控制,在稳态误差、调节时间、超调量等方面具有更好的控制品质。经过实际使用表明,本文设计的热重分析系统工作稳定、功能齐全,可以满足热重分析的实验要求。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP273;TK6
【图文】：

模糊控制器,种类,控制器,直接控制

图１－２模糊控制器种类逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｔｙｐｅ邋ｏｆ邋ｆｕｚｚｙ邋ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ逡逑模糊控制器的输出是Ｐ瓜控制器辟、仿、ＪＷＨ个控制器参数或基制作用量，则属于模糊ＰＩＤ控制器类型，否则属于模糊非ＰＩＤ型。就而言，它又可［＾分为王类：逡逑．直接控制量型逡逑于直接控制量型模糊Ｐ阻来说，模糊推理机输出的量是基于ＰＩＤ原，这类控制器位于反馈回路中，将控制量直接施加在被控对象上。出了直接控制量型的１２种基本结构单元并排除了其中不合理的组些基本结构单元，组合成各种形式的模糊ＰＩ／ＰＤ／ＰＩＤ控制器￡２２３。北包刚对模糊控制器中推理机的输入维数进行了深入的研究，提出映射的模糊ＰＩＤ结构逡逑．增益调整型逡逑益调整型模糊Ｐ阻控制器的输出量直接对应３个增益参数，即比例、，。

热重分析仪

ｆ逦Ｊ逡逑图１－４ＴＧＡ／ＳＤＴＡ８５１热重分析仪逡逑Ｆｌｇｕｒｅｌ－Ａ邋ＴＧＡ／ＳＤＴＡ８５Ｉ邋Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ邋ａｎａｌｙｚｅｒ逡逑国外热重分析仪器的温度控制具有ｗ下的特点：升温范围高；将计算机技术逡逑与先进算法结合，对加热炉这种大滞后、非线性的系统同样有很好的控制效果；逡逑１０逡逑

曲线,热重分析仪

ｒｔ＂气逡逑ｊＦｙｕ逡逑图１－３Ｑ５００热重分析仪逡逑Ｆｉｇｕｒｅｌ－３邋Ｑ５００邋Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ邋ａｎａｌｙｚｅｒ逡逑瑞±生产的梅特勒－托利多ＴＧＡ／ＳＤＴＡ８５１热重分析仪是一台在进行热重分析逡逑江ＧＡ）的同时，能同步进行差热分析（ＳＤＴＡ）的先进仪器。除了配置自动进样器、逡逑气体控制器还设计了恒温水浴槽Ｗ对炉体及电子元件进行冷却：并且开发了邋ＳＴＡＲ逡逑软件，可在计算机上任意定义动态温度程序段，同时有出色的数据处理功能，可逡逑对储存的数据绘制ＴＧＡ曲线。逡逑此外还有德国耐驰仪器制造有限公司生产的ＴＧ、ＴＧＡ系列，法国ＳＥＴＡＲＡＭ逡逑公司生产的ＬＡＢＳＹＳ１６，韩国ＳＣＩＮＣＯ公司生产的Ｓ—１０００／１５００等。它们有着高逡逑性能但价格昂贵，此外国外厂商的技术保密性高，不利于我们进一步的研究改进。逡逑Ｉ四逡逑ｆ逦Ｊ逡逑图１－４ＴＧＡ／ＳＤＴＡ８５１热重分析仪逡逑Ｆｌｇｕｒｅｌ－Ａ邋ＴＧＡ／ＳＤＴＡ８５Ｉ邋Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ邋ａｎａｌｙｚｅｒ逡逑国外热重分析仪器的温度控制具有ｗ下的特点：升温范围高；将计算机技术逡逑与先进算法结合，对加热炉这种大滞后、非线性的系统同样有很好的控制效果；逡逑１０逡逑

【参考文献】