基于半导体致冷器的半主动热阻控制器研究

论文摘要

本文在传统的主动控制和被动控制的基础上，提出基于半导体致冷技术与半主动控制技术相结合的热阻控制方式，开展了对影响半主动热阻控制器的关键参数的研究，分析了在各种边界条件下选择系统最佳参数的方法，并提出了基于热电相似性原理和网络节点分析理论，将热问题转化为电问题进行数学建模，获得了被控对象各节点的温度变化数学模型。全文的内容安排如下：第一章，阐述了半主动控制技术的发展现状和应用前景，结合国内外半导体致冷技术以及热阻控制技术的现状和发展趋势，提出了本论文的研究内容和各章节的安排。第二章，基于半主动热阻控制器的理论基础，结合半导体致冷技术和NTC热敏电阻的工作原理，提出了基于半导体致冷器的半导体热阻控制器整体方案。并分析了各部分的特性以及具体计算方法。第三章，结合半主动控制技术与热控制，具体分析了半主动控制的实现过程，并通过仿真研究，分析了被控对象的温度变化特性，并研究了各种边界条件下控制电流算法的改进，确定了各种边界条件下控制电流与放大电路输入电压关系系数的最佳值。第四章，基于热阻的性质以及热电相似性原理，分析了传热过程的等效热路，将热问题转化为电问题进行分析，运用节点网络拓扑理论，提出了求解受热变形体温度场的数学建模新方法，详细介绍了运用该方法进行建模的步骤，根据不同的划分方法解出了各节点温度变化的数学模型。最后将通过新方法所得的温度曲线与求解偏微分方程所得的温度曲线进行了对比，验证了新方法的正确性和可行性，将各种参数对节点温度传递函数的影响进行了仿真分析，得到了各参数对传递函数的影响规律。第五章，对半主动热阻控制器的应用模型进行仿真研究，对两种应用模型进行了仿真分析，研究了各种边界条件下半主动控制过程中被控物体各点的温度变化规律、各点之间温差变化关系以及控制前后温度曲线的变化，同时本章针对模型一对半主动控制、主动控制以及被动控制下控制效果进行了仿真分析，对这三种控制下的控制效果进行了对比。第六章，对全文进行全面、系统的总结，展望下一步的研究工作，并提出一些设想。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 半主动控制技术的研究现状及发展
• 1.1.1 半主动控制的定义及其特征
• 1.1.2 半主动控制技术的发展
• 1.2 半导体致冷技术的应用
• 1.3 热阻控制器的研究意义
• 1.4 论文的研究内容及安排
• 第二章 半主动热阻控制器的整体方案
• 2.1 半主动热阻控制器的理论基础
• 2.2 半主动热阻控制器的实现方案
• 2.3 半主动热阻控制器的分析计算
• 2.3.1 半导体致冷器的原理与计算
• 2.3.2 NTC热敏电阻的阻值计算
• 2.3.3 放大电路
• 2.3.4 半主动热阻控制器中广义热阻的计算
• 2.4 本章小结
• 第三章 半主动控制的实现及相关分析研究
• 3.1 半主动控制与热控制的结合及其控制策略
• 3.1.1 半主动控制技术与传热
• 3.1.2 半主动控制策略
• 3.2 半主动控制的实现过程
• 3.3 控制电流算法的改进
• 3.3.1 改进的控制电流算法
• 3.3.2 被控物体各面与外界绝热、P=0、有初始温差
• 3.3.3 被控物体各面与外界绝热、P≠0、有初始温差
• 3.3.4 被控物体各面与外界空气换热、P≠0、有初始温差
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于热阻技术的数学建模新方法
• 4.1 运用热阻技术建模的理论基础
• 4.1.1 热阻及广义热阻的定义
• 4.1.2 热电相似性原理
• 4.2 基于热阻技术建模的方法
• 4.3 基于热阻技术的数学模型建立
• 4.3.1 采取8节点划分的数学模型建立
• 4.3.2 采取12节点划分的数学模型建立
• 4.4 建模误差及特性分析
• 4.4.1 建模误差分析
• 4.4.2 各参数特性分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 半主动热阻控制器应用实例仿真研究
• 5.1 发热物体与环境之间温差控制模型
• 5.1.1 发热物体与环境之间温差控制实物模型
• 5.1.2 发热物体与环境之间温差控制模型仿真分析
• 5.2 两固体之间温差控制模型
• 5.2.1 两固体之间温差控制实物模型
• 5.2.2 两固体之间温差控制模型仿真分析
• 5.3 被动控制、主动控制与半主动控制比较
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 研究总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间完成的科研论文
• 致谢