【摘要】：由于資源枯竭的問題,生物質(zhì)作為一種可再生能源有很大的開發(fā)潛力和價值。溫度控制對燃燒效率至關重要,熱重分析設備是一種重要材料研究設備,在程序控制溫度下測量待測樣品的質(zhì)量與溫度變化關系,進而分析生物質(zhì)燃燒特征,該設備為能源的高效利用提供保障。熱重分析設備尺寸較小,但所需功能要求更齊全,其溫度控制要求非常嚴格。本文詳細研究了熱重分析系統(tǒng)復雜的運行工況,針對溫度非線性、擾動等問題提出了改進溫度控制算法并完成了熱重分析系統(tǒng)的結構設計及開發(fā)。首先,本文對熱重分析設備的溫度控制進行了深入的研究。通過學習和總結大量文獻,研究分析了熱重分析系統(tǒng)的升溫特性,基于傅立葉導熱定律,對流換熱定律及熱輻射定律,建立了熱重分析系統(tǒng)的溫度場模型,并通過ANSYS軟件仿真詳細分析了多種加熱條件下溫度分布和影響溫度控制的主要因素。通過對傳統(tǒng)溫度控制方法研究,構建了基于模糊PID算法的改進溫度控制算法。仿真證明控制算法具有響應快、精確度高的特點,取得了理想的控制效果。其次,本文設計開發(fā)了基于STM32的熱重分析系統(tǒng),該系統(tǒng)主要包括:箱式電阻爐;氣路模塊完成燃燒氣體輸送;K型鎧裝熱電偶及其信號處理模塊、高精度數(shù)字天平,用于實現(xiàn)燃燒質(zhì)量、溫度數(shù)據(jù)的采集;STM32控制器、SCR電力率調(diào)整器AP1-40,用于控制各模塊功能及實現(xiàn)基于改進的模糊PID控制算法的溫度控制;上位機LabVIEW人機交互界面,通過RS232串口與控制器進行通信,接收來自下位機傳遞的數(shù)據(jù)信息,實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的圖型顯示、儲存等功能。該論文通過大量的實驗分析與驗證,基于模糊PID的溫度優(yōu)化控制算法效果明顯優(yōu)于常規(guī)PID控制,在穩(wěn)態(tài)誤差、調(diào)節(jié)時間、超調(diào)量等方面具有更好的控制品質(zhì)。經(jīng)過實際使用表明,本文設計的熱重分析系統(tǒng)工作穩(wěn)定、功能齊全,可以滿足熱重分析的實驗要求。
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP273;TK6
【圖文】：

圖１－２模糊控制器種類逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｔｙｐｅ邋ｏｆ邋ｆｕｚｚｙ邋ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ逡逑模糊控制器的輸出是Ｐ瓜控制器辟、仿、ＪＷＨ個控制器參數(shù)或基制作用量，則屬于模糊ＰＩＤ控制器類型，否則屬于模糊非ＰＩＤ型。就而言，它又可［＾分為王類：逡逑．直接控制量型逡逑于直接控制量型模糊Ｐ阻來說，模糊推理機輸出的量是基于ＰＩＤ原，這類控制器位于反饋回路中，將控制量直接施加在被控對象上。出了直接控制量型的１２種基本結構單元并排除了其中不合理的組些基本結構單元，組合成各種形式的模糊ＰＩ／ＰＤ／ＰＩＤ控制器￡２２３。北包剛對模糊控制器中推理機的輸入維數(shù)進行了深入的研究，提出映射的模糊ＰＩＤ結構逡逑．增益調(diào)整型逡逑益調(diào)整型模糊Ｐ阻控制器的輸出量直接對應３個增益參數(shù)，即比例、，。

ｆ邐Ｊ逡逑圖１－４ＴＧＡ／ＳＤＴＡ８５１熱重分析儀逡逑Ｆｌｇｕｒｅｌ－Ａ邋ＴＧＡ／ＳＤＴＡ８５Ｉ邋Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ邋ａｎａｌｙｚｅｒ逡逑國外熱重分析儀器的溫度控制具有ｗ下的特點：升溫范圍高；將計算機技術逡逑與先進算法結合，對加熱爐這種大滯后、非線性的系統(tǒng)同樣有很好的控制效果；逡逑１０逡逑

ｒｔ＂氣逡逑ｊＦｙｕ逡逑圖１－３Ｑ５００熱重分析儀逡逑Ｆｉｇｕｒｅｌ－３邋Ｑ５００邋Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ邋ａｎａｌｙｚｅｒ逡逑瑞±生產(chǎn)的梅特勒－托利多ＴＧＡ／ＳＤＴＡ８５１熱重分析儀是一臺在進行熱重分析逡逑江ＧＡ）的同時，能同步進行差熱分析（ＳＤＴＡ）的先進儀器。除了配置自動進樣器、逡逑氣體控制器還設計了恒溫水浴槽Ｗ對爐體及電子元件進行冷卻：并且開發(fā)了邋ＳＴＡＲ逡逑軟件，可在計算機上任意定義動態(tài)溫度程序段，同時有出色的數(shù)據(jù)處理功能，可逡逑對儲存的數(shù)據(jù)繪制ＴＧＡ曲線。逡逑此外還有德國耐馳儀器制造有限公司生產(chǎn)的ＴＧ、ＴＧＡ系列，法國ＳＥＴＡＲＡＭ逡逑公司生產(chǎn)的ＬＡＢＳＹＳ１６，韓國ＳＣＩＮＣＯ公司生產(chǎn)的Ｓ—１０００／１５００等。它們有著高逡逑性能但價格昂貴，此外國外廠商的技術保密性高，不利于我們進一步的研究改進。逡逑Ｉ四逡逑ｆ邐Ｊ逡逑圖１－４ＴＧＡ／ＳＤＴＡ８５１熱重分析儀逡逑Ｆｌｇｕｒｅｌ－Ａ邋ＴＧＡ／ＳＤＴＡ８５Ｉ邋Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ邋ａｎａｌｙｚｅｒ逡逑國外熱重分析儀器的溫度控制具有ｗ下的特點：升溫范圍高；將計算機技術逡逑與先進算法結合，對加熱爐這種大滯后、非線性的系統(tǒng)同樣有很好的控制效果；逡逑１０逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2754277