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聚合物片材加热过程的温度分布与控制技术研究

作　者: 邹恒
导　师: 张长胜
学　校: 昆明理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 聚合物片材热成型温度分布迭代学习控制 LabVIEW8.6
分类号: TQ320.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

热成型是指将热塑性聚合物片材加热,使其成型为模塑制品的过程。在热成型的加热阶段,对加热温度的控制直接影响到系统能量的节约、设备的生产速率以及制品的质量。本文以真空成型机为例,重点研究热成型的加热阶段。加热的目的是用最少的加热时间使片材的中心温度达到最低的成型温度而又不至于使其表面温度超出所能允许承受的最高温度,因此首先要研究加热过程中聚合物片材的温度分布情况。加热过程中,影响片材温度分布有三种热传递方式,分别是：片材内部热传导、周围空气与片材间对流换热以及加热器对于片材的辐射加热。为了分析片材内部的温度分布情况,将片材沿厚度方向离散分为N个等温层,以层为单位,研究加热过程片材温度分布模型。文中讨论了热电模型和有限元模型,最终利用解析法详细分析加热过程,建立起了系统的机理模型,利用软件LabVIEW8.6对该模型进行了仿真,监测到加热过程时片材内部温度分布曲线,通过调整模型中的参数可更好地应用到实际系统。根据仿真结果,基于具体的工艺要求,文中分析了传统的控制方法百分比控制和PID控制技术,并重点研究了迭代学习控制技术。通过对该加热系统模型的仿真分析,得出了片材的温度分布。基于片材温度分布的加热器温度控制技术的研究,特别对迭代学习控制的研究,对于非线性、纯滞后的加热系统具有良好的控制性能和鲁棒性。

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摘要 4-5Abstract 5-7目录 7-10第一章绪论 10-14 1.1 课题背景 10-11 1.2 课题的研究内容 11-12 1.3 课题研究的意义 12-13 1.4 小结 13-14第二章热成型技术 14-21 2.1 热成型简介 14-15 2.2 热成型设备 15-17 2.2.1 夹持系统 15 2.2.2 加热系统 15-16 2.2.3 真空及压缩空气系统 16 2.2.4 模具 16-17 2.3 热成型工艺 17-20 2.3.1 上料 17-18 2.3.2 加热 18 2.3.3 成型 18-19 2.3.4 冷却脱模 19 2.3.5 修边 19-20 2.4 小结 20-21第三章热成型加热过程分析 21-41 3.1 加热系统的结构 21-23 3.1.1 加热器 21-22 3.1.2 片材 22-23 3.2 电加热炉内传热过程分析 23-28 3.2.1 传导换热 23-24 3.2.2 对流换热 24-25 3.2.3 辐射换热 25-28 3.3 电加热炉内的温度检测 28-31 3.3.1 加热器温度检测 29 3.3.2 炉内空气温度检测 29-30 3.3.3 片材的温度检测 30-31 3.4 有限元插值法 31-40 3.4.1 热传导问题 32-34 3.4.2 平面稳态热传导问题的有限元方程 34-36 3.4.3 平面热传导分析的三角形单元 36-40 3.5 小结 40-41第四章片材温度分布的建模及仿真 41-55 4.1 有限元模型 41-43 4.2 热电模型 43-49 4.2.1 建模分析 44-47 4.2.2 模型仿真 47-49 4.3 机理模型 49-54 4.3.1 建模分析 49-50 4.3.2 模型仿真 50-54 4.4 小结 54-55第五章电加热炉内温度控制技术研究 55-68 5.1 传统控制方法 55-58 5.1.1 百分比控制法 55-56 5.1.2 PID控制法 56-58 5.2 迭代学习控制技术 58-67 5.2.1 迭代学习控制基本原理 58-59 5.2.2 基本的迭代学习控制算法 59 5.2.3 系统迭代学习控制与收敛性分析 59-63 5.2.4 片材温度迭代学习控制实现 63-67 5.3 小结 67-68第六章总结及展望 68-70 6.1 总结 68-69 6.2 前景展望 69-70参考文献 70-73致谢 73-74附录攻读硕士学位期间发表的学术论文 74

聚合物片材加热过程的温度分布与控制技术研究

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