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关键词： 加热炉   余热回收系统   双风机   强制通风   烟气在线监测系统   自动控制   联锁保护系统  

摘要： 随着炼油装置大型化和长周期运行的需要，加热炉余热回收系统双风机连续强制供风被普遍采用，为适应烟气连续监测的要求，加热炉烟气采样独立烟囱集中排放，这些对控制系统产生一定影响。本文简要介绍加热炉最新控制及联锁保护设置，以期实现加热炉安全、长期、高效运行。

关键词： VideoLog   电缆高速传输技术   负载特性   自动控制  

摘要： 油气资源是国家发展的重要战略资源,为了提高现役油气井的采收率以及挖掘老旧油气井的潜力,当前油气资源已从新油田开采逐渐转向了油气井的修复与治理。VideoLog测井系统可获取油气井内的彩色、高清实时视频图像,该系统用于解决套损检测、井下事故判断等关键问题,对于油气井修复与治理具有重要意义。为了提高VideoLog测井系统的整体效率,本课题基于井下仪器供电电源负载特性展开研究,开发应用于井下仪器的电源测控软件。 本课题基于VideoLog测井系统,首先,介绍了其整体结构及工作原理,阐述了电缆高速传输技术以及井下仪器供电电源的理论基础,分析了影响传输速率的原因与优化方法,研究了电源测控相关理论;其次,通过对井下仪器供电电源负载特性的分析确定了其影响因素,在实验室搭建环境对负载特性以及供电数据进行了测量,基于井下仪器工作需求评价指标确定了井下仪器在不同负载状态下的最优供电数据,同时对负载供电数据的自动控制方法进行了仿真与分析;最后,利用Qt框架在Windows平台上设计开发了电源测控软件,设计了交互友好的用户界面,通过ModBus通信协议完成软件与电源间的通信,在完成电源基本功能开发的基础上,实现了基于PID控制的最优供电数据自动测控功能。 借助实验室平台对测控软件基本功能及系统整体性能进行测试,对供电数据的精确度、稳定性、响应实时性及井下仪器工作质量进行了整体测试,测试结果表明测控软件功能良好,所选取的最优供电数据能够提高系统的工作性能,整体系统能够工作在稳定且高效的状态。基于VideoLog测井系统井下供电电源负载特性开发的电源测控软件对于保障VideoLog测井系统高效工作具有实际意义。

关键词： 电力变压器   现场真空干燥   自动控制   低频电流微加热   频域介电谱  

摘要： 电力变压器在电力系统的输电、变电和配电中担当着变换电压、减少损耗的重要角色。变压器中的变压器油和绕组绝缘纸(或板)保证了变压器的安全、经济运行,其含水、含气量直接影响绝缘电气性能,微量的水分增加将使击穿电压下降、变压器使用寿命缩短,甚至引发严重事故。电压等级越高,变压器油和绝缘纸的水、气含量控制要求越高,因此,在变压器出厂前和现场安装或吊罩检修后,都要通过真空注油工艺进行脱水、除气和过滤净化。真空注油的本质是真空干燥,随着技术发展和电压等级提高,现场真空注油实际上包括油净化处理、真空干燥、注油及热油循环等环节,但行业沿用传统名称,统称为真空注油。 本文旨在研究变压器真空注油自动控制技术,对真空干燥进程进行测控,提高干燥效率,缩短干燥时间,减少人工操作和监测工作强度。本文系统分析了变压器现场真空注油各工序的技术特征,研究了变压器干燥过程中水、气变化的物理过程和主要影响因素,基于变压器实际受潮状况创新干燥工艺、实现全过程自动控制需要解决的关键问题,提出了集成现有成熟技术的变压器现场干燥自动控制系统设计方案。 对变压器现场干燥的真空密封性检查,提出采用软件仿真技术,基于与真空泵组同步的实时仿真,评估真空泵组的性能状态和变压器的密封性,及时发现变压器密封存在的问题,提前开展检修和处理。 对器身绝缘材料的含水量评估,提出采用频域介电谱测试技术,在变压器真空注油过程中实时在线评估器身固体绝缘材料的含水量,基于含水量变化趋势控制干燥工艺参数,确定干燥结束时间;在真空泵出口设置冷凝器,凝结变压器干燥过程中产生的水蒸气,由水量随时间的变化,校验基于频域介电谱技术的含水量测量数据,提高含水量测量的正确性,保证变压器干燥的有效性。 对变压器器身真空干燥,提出采用低频电流短路微加热技术,在变压器真空干燥时整体提高器身的温度,并根据加热功耗计算器身平均温度,控制加热时间和加热功率,在不损伤绝缘纸(板)绝缘性能前提下,缩短器身内部水分与气体扩散逸出的时间。 根据变压器现场注油工艺流程,制作了自动监测装置样机,实现了与各类传感器的联调测试,完成了变压器真空度控制的模拟试验,验证了该方案的可行性。

关键词： 系统模型   状态估计   系统辨识   前馈控制曲线   级联控制系统   卡尔曼滤波器  

摘要： 直拉法常用于单晶硅的生产中,它可以在相对较短的时间内生产出杂质浓度低、位错低和质量高的晶体,在此生产过程中系统的状态对生产出的晶体的结构和性能有重要的影响。然而,直拉单晶硅生产过程是一个极其复杂的过程,导致系统中的某些状态变量无法直接测量。系统中各状态变量之间复杂的非线性关系,又增加了对系统状态准确估计的难度。本文通过仔细分析直拉单晶硅生产过程中各状态变量之间的关系,给出了系统状态方程,建立了直拉单晶硅生产过程中的数学模型并辨识验证。基于模型设计了级联自动控制系统,并用卡尔曼滤波器在线估计系统的状态。本文通过详细分析晶体生长过程及热场模型,给出了各状态变量之间的关系,建立了两输入单输出的数学模型。在传统的Hammerstein-Wiener(HW)模型结构的线性输入端增加预测误差输入,用改进后的HW结构辨识建立的模型,辨识结果表明建立的模型是准确的;基于建立的模型和系统非线性特性,本文设计了带有前馈控制曲线的级联自动控制系统。在控制系统中增加拉速和功率两条前馈控制曲线,使系统状态始终处于线性工作点附近,解决了无迹卡尔曼滤波器控制算法是线性的问题;由于拉速对直径的控制时间短于功率对直径的控制时间,因此在前馈控制的基础上,又将系统改进为功率和直径控制子系统组成的级联控制系统。通过PID控制器调节参数,将晶体的半径和生长速度控制在设定值附近,获得新的拉速和功率。在此自动控制系统中,运用无迹卡尔曼滤波器(UKF)和扩展卡尔曼滤波器(EKF)在线估计系统状态。仿真结果表明:在自动控制系统的调控下,用EKF和UKF在线估计出的系统状态具有较高的准确性,估计出的状态变量符合实验的预期结果。同时估计出的晶体真实半径和生长速度基本在设定值上下波动,说明此控制系统也提高了半径的控制准确度。最后通过对比EKF和UKF的估计结果,发现UKF估计出的状态变量值误差更小,结果更符合生产需求。

关键词： 装置   喷洒系统   自动控制   脉宽调制   正交试验  

摘要： 柑橘在我国南部地区是种植面积最大、社会经济地位最高的水果品种,从改革开放1978年17.8万hm2的种植面积发展到2019年的261.7万hm2,增加了近十五倍,总产量从1978年的38.3万吨发展到2020年5121.9万吨,增加了约一百三十二倍。柑橘种植面积的持续增加,加重柑橘黄龙病等疾病发生和发展的风险。柑橘黄龙病的防控是一项十分艰巨的任务,日常农药喷洒依然是柑橘病害防控主要措施之一。因我国南部地区柑橘果园大多在丘陵山区,大型喷药机械无法进入果园内开展作业。为了提高柑橘果树农药喷洒效率、降低人工劳动强度、提升柑橘喷药的机械自动化水平,本文针对标准化种植的柑橘果园,研发出一种以履带式移动底盘为载体的柑橘农药自动化喷洒系统,以实现柑橘农药的自动化喷洒。本文主要研究内容如下:1、确定系统组成,具体为:首先根据标准化种植柑橘果园的实地环境确定整机基本尺寸,其次根据柑橘果树高度和冠层宽度确定喷杆形状和长度,并设计基座系统,接着根据作业要求设计喷洒系统,对控制箱外形进行设计,然后运用NX10.0绘制柑橘农药自动化喷洒系统三维模型,对其关键零部件进行材料选择,最后搭建柑橘农药自动化喷洒系统的样机。2、设计农药自动化喷洒控制的硬件电路,并对自动化喷洒控制的软件程序进行方案设计与编写。硬件电路主要由运动控制器、86步进电机及MA860C驱动器、常闭电磁阀与中间继电器、直流变压模块和48V锂电池组成。控制程序采用G代码编写,对喷杆水平和垂直两个方向调节进行了方案设计,根据系统双边和单边自动喷洒进行控制程序设计,有效实现系统的农药自动化喷洒。3、实施喷头参数测试,对水平射程、喷幅和流量等参数进行测定,试验结果表明:在额定工作压力4MPa下,四分外丝圆形喷头平均水平射程为2.49m,平均喷幅为1.02m,单个喷头的流量为0.805L/min,达到农药自动化喷洒系统设计的要求。4、开展柑橘农药自动化喷洒系统样机的应用研究,以目标株距、喷洒时间和喷洒压力为参数,借助正交试验设计法,采用雾滴覆盖率和药液沉积量为评价指标,探讨室内单边、室外双边自然风和室外逆风三类情形下样机的性能,以及实现样机最优农药自动化喷洒的参数组合。试验结果表明:（ⅰ）室内单边自动化喷洒试验:喷洒时间对平均覆盖率和药液沉积量影响最为显著,其次是目标株距,喷洒压力在三个因素中影响最小,最优工作组合为A2B1C1,即系统喷洒时间为1.5s、目标株距为0.85m、喷洒压力为2MPa。（ⅱ）室外双边自然风应用试验:由于自然风的影响,两边柑橘果树的喷洒效果存在较小差异,左边柑橘果树在垂直前层正面、垂直前层反面、垂直中层正面的雾滴覆盖率和药液沉积量分别为:89.3%和0.64μg/cm2、35.7%和0.35μg/cm2、47.3%和0.52μg/cm2,右边柑橘果树在垂直前层正面、垂直前层反面、垂直中层正面的雾滴覆盖率和药液沉积量分别为:85.5%和0.62μg/cm2、33.9%和0.26μg/cm2、49.5%和0.44μg/cm2,各层的雾滴平均覆盖率均达到的果园喷药防护的要求。（ⅲ）室外逆风应用试验:逆风风速为0.7m/s下,影响因素顺序为喷洒时间、目标株距、喷洒压力,最优工作组合为喷洒时间为1.5s、目标株距为0.85m、喷洒压力为4MPa;逆风风速为1.9m/s和3.2m/s下,影响因素顺序为喷洒时间、喷洒压力、目标株距,最优工作组合喷洒时间为3.5s、目标株距为0.85m、喷洒压力为4MPa;柑橘农药自动化喷洒系统在室外逆风环境下,喷洒效果会受到不同风速的影响,其中喷洒时间对喷洒效果影响最大;当逆风风速越大时,喷洒压力对喷洒效果的影响程度也逐渐增加。因此,柑橘农药自动化喷洒系统进行实际喷洒作业时,需根据实际作业环境调整相关参数,从而达到良好的喷洒效果。

关键词： CISG   水浴法   太阳能分拣机器人   PID算法   自动控制  

摘要： 柔性CIGS薄膜太阳电池分拣机器人是一款小型太阳能电池分拣机器人具有灵活,长续航,智能等优势,广泛应用于垃圾分类,快递分拣等需要分拣的领域。传统的太阳能分拣机器人多使用单晶硅太阳能电池,由于单晶硅太阳能电池的特性导致分拣机器人表面需要大量铺设单晶硅太阳能电池,由于分拣机器人体积小,且结构复杂,并不利于单晶硅太阳能电池的铺设。本文针对具有较高抗变形能力的柔性CIGS薄膜太阳能电池设计一款小型太阳能分拣机器人,并对太阳能分拣机器人的关键结构进行优化设计,可进一步拓宽太阳能分拣机器人的设计思路和应用范围,主要研究内容如下:1、结合柔性CIGS薄膜太阳能电池自身特点,选择通过水浴法优化柔性CIGS薄膜太阳能薄膜电池吸收层与窗口层之间的缓冲层ZnO1-xSx薄膜,通过表征证明当实验条件为氨水在0.3与0.4M时透过率最佳且薄膜表面细密平滑;同时薄膜中S/（O+S）占比x和光学带隙值Eg有关,满足方程Exx（）=3.3257x2-2.7187x+4.3576。太阳能电池之间运用三道激光划线结构内部级联并采用ETFE膜模块化封装,最后与太阳能发电设施的表面紧密贴合。2、对太阳能分拣机器人进行URDF建模,分析太阳能分拣机器人的运动原理,运用矩阵变化描述太阳能分拣机器人的空间位置,使用限元的方法,数值逼近,插值的方法,得到的太阳能分拣机器人运动方位的解;通过MoveIt对太阳能分拣机器人进行仿真,在MoveIt中提前设置障碍物,规划太阳能分拣机器人运动轨迹,防止太阳能分拣机器人在运动时发生碰撞3.实现太阳能分拣机器人自动控制功能,控制太阳能分拣机器人的六个舵机对目标物体进行抓取,利用可以深度学习的摄像头同时在PID算法调试下实现颜色追踪通过调节HSV的高低阈值,过滤掉干扰的颜色,使得方块在复杂的环境中能够非常理想的被识别出来并对目标物体抓取与放置。

关键词： AlOOH佐剂   全混流反应器   自动控制   不完全微分PID算法  

摘要： 佐剂是现代疫苗必不可少的组成成分,可辅助抗原增强机体免疫原性。在批准用于人体疫苗的铝盐佐剂中,氢氧化铝(AlOOH)佐剂以其出色的安全性和较低的合成成本备受人们关注。随着人类社会对疫苗的需求不断增加,佐剂的批量化生产工艺也成为疫苗研发领域的热点,当前通过煅烧、水热等方法合成AlOOH佐剂的工艺较为成熟,但生产过程的不连续性、高温及高压的合成条件限制了该工艺的进一步放大。新兴的全混流反应器(CSTR)法合成AlOOH佐剂虽然能耗低且可连续反应,但生产过程需人工控制体系的pH值,因而不利于工业化生产。基于上述原因,本研究采用不完全微分比例-积分-微分(PID)算法,通过编程软件Visual Basic 6.0编写了反应体系pH值自动控制程序,此外,通过编写Modbus通信程序完成了控制器、蠕动泵与pH传感器等设备之间的通信功能。最后,通过可视化的远程操作系统实现了pH值、温度及蠕动泵流速全程可控的CSTR佐剂连续生产。利用PID自动控制的CSTR进行了5 L和20 L的AlOOH佐剂制备中试实验,在整定PID参数后,pH自动控制系统可使反应体系的pH值在120秒内稳定在预设值允许误差范围之内,且全程波动不超过±0.05,该控制效果显著优于市售工业级pH自动控制器。合成的AlOOH佐剂的TEM与水力学粒径表征结果显示,与商品化AlOOH佐剂相比,5 L和20 L自控反应体系合成的AlOOH纳米佐剂粒径分布更为均匀,形貌均为80-120 nm的棒状纳米粒子;XRD图谱显示合成产物为无杂质的纯相γ-AlOOH;使用紫外分光光度法证明合成的AlOOH纳米佐剂在溶液中的稳定性也显著优于同类商品。综上,本研究成功建立了一种基于PID控制的CSTR全自动AlOOH纳米佐剂合成工艺,基于该工艺的中试放大实验为实验室AlOOH纳米佐剂合成工艺进一步迈向工业化奠定了基础。

关键词： 电工与电子技术   无功补偿自动控制   应用  

摘要： 通过将先进电工电子技术运用到无功补偿自动控制系统中，不但能够改善电气控制系统的工作特性，也使得整个控制系统可以针对不同环境的工作状态实现主动调节，有效的防止了由于工作人员作业错误所产生一系列的安全隐患现象，为促进电源行业的安全、可持续发展提供了重要的技术支持。所以，把传统电工电子的科学技术方法有效地运用到无功补偿自动控制领域，是工程技术人员们需要思索和研究的课题。

关键词： 细胞培养   自动化   控制器设计   机械臂   建模仿真  

摘要： 细胞培养,即在模拟环境实现细胞增殖、生长,是开展细胞科学研究和临床应用的基础。研究自动化细胞培养技术和装置,提高细胞培养质量和效率,为细胞医疗大规模临床应用提供技术和装备保障,具有重要应用价值。细胞培养环节多,时间长,对培养环境要求较高。全自动细胞培养要根据生产计划调度多种装置协调运行,同时要根据工艺维持温湿度、二氧化碳等特定环境条件。在分析企业细胞培养规范的基础上,以设备一体化和操作无人自动化为目标,提出将细胞培养所需的机械臂、泵、离心机等的装置集成为细胞培养工作站的系统方案,设计细胞培养自动化流程,设计、分析工作站自动控制系统的研发方案、控制过程;开发、改进和集成有关装置,实现了细胞培养的完全自动化。主要研究工作和成果包括:1.基于网络的工作站系统架构:移液装置、离心装置、培养箱等部件组成局域网,由工控机统一调度。2.开发单元装置的通用控制器软硬件以及开发上位机软件。3.机械臂运动分析:使用D-H法建立机械臂运动学模型,求解可达工作空间与灵活工作空间,进行离线仿真,确定模块安装位置,保证机械手可灵活运动且无安全风险。分析基坐标、关节坐标与用户坐标之间的转换关系,以做到精确控制机械臂。4.分析、解决离心机出现的刹车失灵及谐振问题。5.培养箱温度和二氧化碳的闭环控制。工作站搭建完成,经试运行,能够自动完成细胞培养流程。

关键词： 光梳   光频合成   窄线宽激光   自动化控制  

摘要： 光学频率合成器可将某一特定波段的参考光(比如光钟信号)的频率特性以设定的频率比值、高保真地传递到其他所需波段,在光钟应用、精密光谱与测量等科学与技术领域扮演着日趋重要的角色。实现光学频率合成器的自动化控制是光学频率合成器走向实用化的关键。本文面向光学频率合成器的自动化控制,针对该系统中参考激光、输出激光的频率自动化控制进行研究。采用单片机作为逻辑控制元件对模拟伺服电路进行控制,从而实现参考激光的频率自动扫描,以及频率自动锁定于超稳光学参考腔的共振频率上。经测试,该参考激光系统可在0.5 s内实现频率锁定与失锁重锁定,锁定后的激光线宽达到0.3 Hz,频率不稳定度达到6×10(1秒平均时间),为光学频率合成器提供高性能的频率参考源。本文还提出了光学频率合成器输出激光的频率控制与锁定方案:利用计算机自动读取波长计的测量结果,将宽波段可调谐单频连续激光器(输出激光)的频率粗调至目标频率附近;通过程序设计,自动获得基于光梳的光学分频器产生的输出激光频率控制误差信号;最后由单片机控制模拟伺服电路,使该输出激光的频率锁定于参考激光。这些研究为实现光学频率合成器的自动化控制打下基础。