高温固体热载体温度和流量的测控技术和方法研究

论文摘要

本课题是在国家863课题“集成式生物质多重闪速热解液化生产生物燃油新技术”基础上提出的,高温固体热载体与生物质颗粒在旋转锥中发生热解反应生成生物燃油,本文对热载体在反应器中的温度进行测量并通过模糊自适应PID的控制方法对其进行恒温控制,对其流量的测量和控制分别采用称重法和开环步进电机控制。PID控制是最早发展起来的控制策略之一,其结构简单、鲁棒性好、可靠性高,被广泛应用于工业控制过程,尤其是能够建立精确数学模型的确定性控制系统。模糊控制对被控对象的参数变化不敏感,具有很强的鲁棒性和较快的响应,能够克服非线性因素的影响等优点,在工业过程控制也广为应用。将模糊控制与PID控制相结合,使之兼顾PID控制的精确和模糊控制的灵活性,对于非线性、时变性的控制对象具有很好的控制效果。本文以热载体加热炉为被控对象将PID控制和模糊控制的优点结合起来,用MATLAB软件以一阶惯性滞后环节为对象分别对数字PID控制、模糊控制和模糊自适应PID控制的控制性能和抗干扰能力进行了仿真研究,仿真结果表明参数模糊自整定PID控制能满足调节时间短、超调量小且稳态误差小的控制要求,对干扰有很强的抑制能力,因此本论文最终确定采用模糊自适应PID控制方案。本文基于TI公司的TMS320F2407设计了温度和流量测控系统,包括模糊自适应PID控制器、传感器、秸秆燃气流量控制电动阀、步进电机和一些外围器件,文中详细介绍了模糊温度控制器的硬件和软件设计。此控制器以TI公司的TMS320F2407为控制核心采集测温电路输出电压,实现模糊自适应控制算法;以步进电机带动滚珠丝杆控制流量阀,完成了本课题的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究的意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 温度测控技术和方法研究现状
• 1.3.2 流量测控技术和方法研究现状
• 1.4 本课题主要研究内容
• 2 生物质液化装置简介及流量测控
• 2.1 转锥式生物质闪速热解液化装置总体介绍
• 2.1.1 转锥式生物质闪速热解液化装置的工艺流程
• 2.1.2 生物质热解液化工艺
• 2.1.3 转锥式生物质闪速热解液化装置各组成部分简介
• 2.2 热载体加热炉
• 2.3 生物质燃气制气供气装置选型
• 2.4 燃气燃烧器的选用
• 2.5 流量测控
• 2.6 本章小结
• 3 温度控制方法的确定和温度控制器设计
• 3.1 位式控制
• 3.2 时间比例控制
• 3.3 PID控制
• 3.3.1 模拟 PID控制系统
• 3.3.2 数字 PID控制系统
• 3.4 模糊控制
• 3.4.1 模糊控制原理
• 3.4.2 模糊理论
• 3.4.3 模糊集合
• 3.4.4 模糊控制器设计
• 3.5 模糊自适应 PID控制的温度控制器设计
• 3.5.1 模糊整定 PID控制器原理
• 3.5.2 模糊整定 PID控制器设计
• 3.6 小结
• 4 模糊自适应 PID控制器仿真
• 4.1 MATLAB和仿真环境 Simulink
• 4.1.1 MATLAB简介
• 4.1.2 Simulink仿真环境
• 4.2 系统仿真实验
• 4.2.1 一阶惯性纯滞后系统仿真研究
• 4.2.2 抗干扰能力的比较
• 4.3 小结
• 5 基于 DSP的测控系统设计
• 5.1 系统总体设计
• 5.2 DSP外围电路设计
• 5.2.1 JTAG接口电路
• 5.2.2 温度实时显示液晶接口设计
• 5.2.3 指令输入键盘接口设计
• 5.3 温度测量电路设计
• 5.3.1 K型热电偶简介
• 5.3.2 单片 K型热电偶放大与数字转换器 MAX6675
• 5.3.3 温度测量电路
• 5.4 加热炉温度控制执行机构设计
• 5.4.1 秸秆燃气流量控制电动阀的选取与控制方法
• 5.4.2 高精度数模转换器AD420及其与 DSP的接口技术
• 5.5 高温热载体流量控制步进电机控制设计
• 5.5.1 步进电机控制原理
• 5.5.2 步进电机的分类
• 5.5.3 步进电机的基本参数
• 5.5.4 步进电机控制设计
• 5.5.5 步进电机的选型
• 5.6 系统软件设计
• 5.6.1 DSP系统开发工具
• 5.6.2 集成开发环境CCS2
• 5.6.3 系统软件设计
• 5.7 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢