高频电磁水处理系统与控制算法研究

论文摘要

循环冷却水系统在工业领域有着广泛的应用,但是长时间的使用,结垢、微生物滋生、金属管道腐蚀等因素会严重影响其正常运行,造成重大的经济损失。为了保证循环冷却水系统的正常运行,必须对冷却水进行必要的处理。高频电磁水处理法是一种性能优良的水处理方法,不但能够有效地防垢除垢,还能起到杀菌灭藻的效果。本文首先论述了高频电磁水处理的机理,然后针对原有的高频电磁水处理输出频率单一,无法适应各种环境的问题,设计了一种新型的水处理系统,并对对其控制算法进行了研究,最后通过实验证明该系统和控制算法的优越性。本文设计的高频电磁水处理系统硬件部分主要包括:高频信号发生电路、前置电压放大电路、高频功率放大电路、电磁水能量转换器、状态参数检测电路、液晶显示电路、信号处理器和稳压电源。其中信号处理器是系统控制的实现部分;高频信号发生电路是系统的核心,能够根据循环水的温度和电导率实时的输出最优频率的方波信号,方波信号经过前置电压放大和高频功率放大通过电磁水能量转换器将作用到循环水体上,实现对循环水的处理;状态参数检测电路对循环水的温度、电导率和高频信号的频率进行实时检测,并通过液晶屏显示。本设计的控制算法采用模糊控制的方法,能够根据循环水的温度和电导率两个参数实时控制输出信号频率,使得输出频率可以有效的跟踪水体共振频率,从而达到最佳的处理效果。在进行模糊控制参数选择时,根据已有的数据建立一种经验公式,并通过MATLAB仿真以最后确定控制算法的权重。最后通过三组对照实验验证了本文设计的可变频高频电磁水处理系统能够很好的起到防垢、除垢、杀菌灭藻的效果,并且与传统的单一频率的高频电磁水处理系统相比,在性能指标上具有明显的提升,对环境的适应能力更强。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 影响循环冷却水系统运行的主要因素
• 1.1.1 污垢
• 1.1.2 金属腐蚀
• 1.1.3 微生物
• 1.2 冷却水处理的主要方法
• 1.2.1 化学方法
• 1.2.2 物理方法
• 1.3 高频电磁水处理的机理
• 1.3.1 阻垢、除垢机理
• 1.3.2 除锈防腐机理
• 1.3.3 杀菌灭藻机理
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 系统设计
• 2.1 信号处理器
• 2.2 高频信号发生电路
• 2.2.1 信号发生芯片MAX038
• 2.2.2 D/A 转换芯片TLC5617
• 2.2.3 电路原理图
• 2.3 放大电路
• 2.3.1 前置电压放大
• 2.3.2 高频功率放大
• 2.4 电磁水能量转换器
• 2.5 状态参数检测
• 2.5.1 水温检测
• 2.5.2 电导率检测
• 2.5.3 频率检测
• 2.6 状态参数显示
• 2.7 电源
• 2.8 本章小结
• 第三章 控制方法实现
• 3.1 模糊控制理论基础
• 3.2 高频电磁水处理模糊控制算法实现
• 3.2.1 定义输入输出的模糊分布
• 3.2.2 建立模糊规则
• 3.2.3 模糊推理
• 3.2.4 输出模糊量的清晰化
• 3.3 MATLAB 仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 软件设计与实现
• 4.1 系统主程序设计
• 4.2 系统子程序设计
• 4.2.1 信号发生模块程序设计
• 4.2.2 状态参数检测模块程序流程图
• 4.2.3 MSG-G12232 液晶显示模块程序设计
• 4.3 时钟中断服务程序
• 4.4 本章小结
• 第五章 实验分析
• 5.1 实验原理
• 5.2 实验设计
• 5.3 实验结果
• 5.4 实验分析及结论
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 附录
• 上海交通大学学位论文答辩决议书