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热电厂高频电磁水处理优化控制策略研究

作　者: 李国芳
导　师: 张秀彬
学　校: 上海交通大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 高频电磁水处理能量转换最优频率调节直接数字频率合成模糊算法
分类号: TM621.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

只要是以水为介质的换热系统都难免会发生管道内壁结垢现象,尤其是热电厂的循环冷却水系统。管道内壁一旦生成水垢,势必会直接影响系统的热交换效率,与此同时存在的污垢、腐蚀和微生物滋生是严重影响循环冷却水系统正常运行、造成效率低下、能源浪费和经济损失的重要原因。为了保证系统的正常运行,应当对循环冷却水进行必要的处理。化学试剂处理方法,不仅会造成环境污染,而且会降低设备使用寿命。高频电磁水处理法是近年来兴起一种高效环保的物理水处理方法。本文在深入探讨高频电磁水处理装置的作用机理基础上,给出了影响处理效果的主要因素。随后对一种新型水处理装置的结构和控制原理作了详细介绍,它的硬件电路以MSP430单片机为主控芯片,包括DDS信号发生模块、电压增益控制器、前置电压放大器、高频功放电路、液晶显示模块等。此外,还设计了高性能的状态反馈参数检测采集电路。对于系统最优频率的控制,先通过扫频,确定水体共振频率的带宽,将其作为最优频率的输出范围。然后根据两个最重要的影响因素,温度和电导率,在工程经验的基础上,采取了模糊控制算法,确定了带宽范围内的最优频率点。为了便于通过单片机来实现智能控制,模糊控制算法的实现采取了查询模糊控制表算法。还通过MATLAB仿真分析各因素之间的相互关系,验证控制算法的合理性。最后,为了验证所设计的装置工作效果,进行了几组对比实验,发现本次设计的水处理装置具有良好的阻垢和杀菌效果,采取了智能控制算法之后,装置在整体性能上具有明显的提高。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-19
  1.1 课题的目的和意义  10
  1.2 热电厂循环冷却水系统的核心问题  10-11
    1.2.1 污垢  10-11
    1.2.2 设备腐蚀  11
    1.2.3 菌藻滋生  11
  1.3 国内外研究现状  11-14
    1.3.1 磁化处理法  12
    1.3.2 高压静电场处理法  12-13
    1.3.3 超声波处理法  13
    1.3.4 高频电磁处理法  13-14
  1.4 高频电磁水处理装置的工作机理  14-15
    1.4.1 阻垢和除垢机理  14
    1.4.2 防腐机理  14-15
    1.4.3 杀菌灭藻机理  15
  1.5 制约处理效果的因素  15-17
  1.6 装置的市场前景及存在的问题  17-18
    1.6.1 高频电磁水处理装置市场前景分析  17
    1.6.2 现有装置存在的问题  17-18
  1.7 本文的主要工作  18-19
第二章系统总体设计概述  19-24
  2.1 系统整体介绍  19-20
  2.2 系统的调节和控制过程  20-21
  2.3 硬件控制单元电路  21
  2.4 电磁水能量转换器  21-23
  2.5 本章小结  23-24
第三章硬件电路设计  24-42
  3.1 信号控制器  24-27
    3.1.1 控制芯片的选型  24-25
    3.1.2 单片机最小系统设计  25-27
  3.2 基于DDS的高频信号发生电路  27-33
    3.2.1 DDS 技术简述  28-29
    3.2.2 信号发生芯片AD9850  29-30
    3.2.3 AD9850 与单片机接口设计  30-31
    3.2.4 噪声分析及低通滤波器设计  31-33
  3.3 放大电路  33-35
    3.3.1 前置电压放大器  33-34
    3.3.2 高频功放电路  34-35
  3.4 状态反馈参数检测  35-39
    3.4.1 水温检测  35-36
    3.4.2 电导率检测  36-37
    3.4.3 输出电压有效值检测  37-39
  3.5 人机交互  39-41
  3.6 本章小结  41-42
第四章智能优化控制策略研究  42-63
  4.1 模糊控制工程概述  42-44
    4.1.1 模糊控制理论的产生和发展  42
    4.1.2 模糊控制的主要特点  42-43
    4.1.3 模糊控制器的设计要求  43-44
  4.2 装置输出频率的模糊控制算法设计  44-54
    4.2.1 确定模糊控制器结构  45
    4.2.2 定义输入和输出变量的模糊子集  45-49
    4.2.3 建立模糊规则  49-50
    4.2.4 间接法构造模糊查询表  50-54
  4.3 基于MATLAB的仿真研究  54-62
    4.3.1 Mamdani型模糊推理  55-58
    4.3.2 仿真结果  58-62
  4.4 本章小结  62-63
第五章系统软件设计  63-68
  5.1 主程序  63-64
  5.2 系统子程序  64-67
    5.2.1 DDS信号发生子程序  64-65
    5.2.2 时钟中断服务子程序  65
    5.2.3 模糊控制算法子程序  65-66
    5.2.4 液晶显示子程序  66-67
  5.3 本章小结  67-68
第六章实验研究  68-72
  6.1 实验装置及实验条件  68-69
  6.2 实验结果  69-71
  6.3 实验结果分析  71-72
第七章结论  72-73
参考文献  73-77
附录  77-79
致谢  79-80
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  80-83
附录  83

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