六面顶压机水冷功率控制系统的研究

发布时间：2024-03-26 19:16

　　六面顶压机是应用静态超高温超高压技术合成人造金刚石的主要生产设备。长时间的压力、温度的稳定和精确控制是生产高品级人造金刚石的必备条件,其中温度控制最为关键且因其不可直接测量成为高品级人造金刚石合成的难点。合成块温度取决于加热条件和散热条件两个因素。加热条件由加热系统控制;散热条件与冷却水、室内温度、空气流动状况、压机机体温度等相关,其中冷却水为主要散热途径。当前压机系统一般根据不同的合成工艺调整冷却水流量的大小,并以合成时的锤温和合成后的质量作为反馈信息对冷却水进行适当调节。该方法的操作过程凭借人工经验,存在一定的盲目性和不可控性,人为因素大效率低。本文以六面顶压机的六路冷却水的冷却功率为控制目标间接控制六面顶压机的散热条件,实现了六面顶压机散热的数字化测量与控制,使散热过程量化且可控。在一定程度上增加了人造金刚石合成过程中的可控力度,减少了不可控因素,为高品级人造金刚石的合成创造有利条件。设计了六面顶压机水冷功率控制系统,通过采集冷却水的入口温度、六路出口温度和六路流量信号分别获得六路水冷功率,采用PID算法分别获得各路流量调节阀的调整量,驱动对应的步进电机完成指定动作。室温对六面顶...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 六面顶压机冷却水的研究现状和应用现状
    1.3 现有系统存在的弊端和解决方法
    1.4 研究意义和内容
        1.4.1 课题研究意义
        1.4.2 课题研究内容
2 水冷功率控制系统总体设计
    2.1 六面顶压机散热环境分析
        2.1.1 空气对流传热分析
        2.1.2 冷却水对流传热分析
    2.2 系统控制原理
    2.3 误差分析
    2.4 流量调节机构及其驱动电机的选择
        2.4.1 流量控制阀及流量特性分析
        2.4.2 流量控制阀的驱动电机及其安装位置的选择
    2.5 系统可靠性设计
    2.6 本章小结
3 控制系统硬件设计
    3.1 硬件系统组成
    3.2 CPU及其最小系统
    3.3 电源系统的设计
        3.3.1 电源拓扑的选择
        3.3.2 高频变压器的设计
        3.3.3 单端反激隔离电源电路的设计
    3.4 温度信号采集电路的设计
        3.4.1 室内温度的采集
        3.4.2 冷却水温度采集
    3.5 流量信号采集电路的设计
    3.6 步进电机驱动单元设计
    3.7 通讯接口设计
        3.7.1 RS485通讯接口
        3.7.2 RS232通讯接口
        3.7.3 无线通讯接口
    3.8 本章小结
4 控制系统软件设计
    4.1 软件系统结构设计
    4.2 通讯系统软件设计
        4.2.1 Modbus协议及其通讯原理
        4.2.2 串口收发的实现
    4.3 系统参数存储方法
    4.4 温度测量子程序
        4.4.1 水温测量子程序
        4.4.2 室内温度测量子程序
    4.5 流量测量子程序
        4.5.1 频率测量方法
        4.5.2 高精度频率测量的实现
    4.6 步进电机软件接口实现
        4.6.1 步进电机驱动算法分析
        4.6.2 基于STM32的S型加速曲线的实现
    4.7 本章小结
5 水冷功率控制算法及实验
    5.1 模拟PID算法
    5.2 数字PID算法
    5.3 系统模型建立和参数整定
    5.4 多模态PID控制
    5.5 实验
        5.5.1 控制效果测试
        5.5.2 电源性能测试
        5.5.3 步进电机驱动接口测试
        5.5.4 测量系统实验
    5.6 本章小结
6 结论及展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
附录A 无线室温模块原理图
附录B 主控制器原理图
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3939557