一种线网反应器的温度调节方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种线网反应器的温度调节方法及其系统，通过用户设定参数控制功率调节器功率输出，微控制器测量温度，且比较用户给定的温度值与实际的测量温度，再通过控制功率调节器的电流和电压输出，达到温度的精确控制。本发明专利技术可以实现稳定的功率调节控制，满足线网反应器不同升温程序不同升温速率的温度控制要求。

【技术实现步骤摘要】
一种线网反应器的温度调节方法及其系统
本专利技术涉及温度控制
，尤其涉及一种线网反应器的温度调节方法及其系统。
技术介绍
煤炭是我国最重要的一次能源，对煤炭热利用过程进行深入的了解，能够为实际工业生产中煤炭的清洁高效利用提供重要的理论基础，线网反应器能够提供较宽泛的升温速率，与实际工业生产过程相近，同时能够有效的抑制二次反应，能够更加真实有效的了解煤热利用过程和机理，广泛的应用于煤炭的研究。国外从上世纪60年代开始着重发展线网反应器，线网反应器的主体结构经过多次改良，增加了电极水冷，焦油收集及高压改造已满足现阶段的实验要求。然而关于线网反应器的功率调节一直以来都是个比较棘手的问题，清华大学研制的线网反应器仅有几种固定的升温速率，最高升温速率为1000℃/s，不能够进行多段温度程序的调节，上海交通大学研制的线网反应器的极限升温速率为700℃/s，两者分别采用固定PID和位置PID与增量PID结合的方式调节。华中科技大学研制的采用直流电源作为功率调节器的线网反应器的极限升温速率不足400℃/s，申请号为201610425784.1，名称为面向线网反应器的升温速率随意可调的快速加热控制算法的专利，根据硬件性能确定采样速度，能够保证调温过程中超调量小，调节速度快，但是在系统实现控制之前需要确定稳定温度-输出功率之间的函数关系和升温速度-功率匹配之间的函数关系。现阶段线网反应器中线网为一次性使用，线网的更换其性质难免会有变化，目前的线网反应器升温速率控制对其适应性较差，同时线网反应器的控制频率低、不能够多段程序升温和极限升温速率低等都是现存的有待解决的问题。专利
技术实现思路
针对上述现有技术存在的缺陷，本专利技术提供的一种线网反应器的温度调节方法及其系统，实现了稳定的功率调节控制，满足线网反应器不同升温程序不同升温速率的温度控制要求。本专利技术提供的一种线网反应器的温度调节方法，其改进之处在于，所述方法包括：1)微控制器1、人机交互系统2和功率调节器3设备初始化；2)所述微控制器1确定PID控制参数、线网反应器4的采温参数和允许误差参数；3)用户通过所述人机交互系统2输入设定参数，所述微控制器1根据所述设定参数控制所述功率调节器3输出功率大小，对所述线网反应器4进行加热；同时，所述微控制器1接收与所述线网反应器4金属线网连接的热电偶5的测量值，通过所述人机交互系统2显示；4)所述微控制器1采用离散化PID控制，根据用户设定的温度值与所述微控制器1得到的测量值得到的偏差值判断，在一个采温区间内，当所述偏差值小于用户设定的温度阈值时，进行下一个采温周期的采温，否则修改离散化PID中的影响温度变化精度参数误差值后进行下一个采温周期的采温；5)重复步骤4)，直至达到设定的温度值，结束。优选的，步骤3)设定参数包括频率、占空比、升温速率、终温和停留时间；所述升温速率包括1阶段升温速率至n阶段升温速率；所述终温包括1阶段终温至n阶段终温；所述停留时间包括1阶段停留时间至n阶段停留时间。较优选的，步骤4)修改离散化PID中的影响温度变化精度参数误差值的公式包括：eej＝k1*tn+k2*mn+k3*em式中，eej为影响温度变化精度参数误差；k1为升温系数；tn为升温速率影响参数；k2为线网温度响应系数；mn为线网温度响应时间参数；k3为误差系数；em为用户设定的温度值与所述微控制器1得到的测量值的误差影响参数；确定离散化PID控制为：式中，Uk为温度闭环控制量值；Kp为比例项的比例常数；Ki为积分项的比例常数；Kd为微分项的比例常数；K为增益系数；eK为在第n次采样时刻的偏差值；eK-1为在第n-1次采样时刻的偏差值；j为时间变量；其中第n次采样时刻的偏差值eK表达式为：eK＝SV-PV式中，SV为用户设定的温度值；PV为所述微控制器1接收热电偶5的测量值。较优选的，设定温度采集处理A/D模数转换器的响应时间大于温度采集硬件调制电路响应时间；设定热电偶温度响应时间大于功率调节器升温响应时间。较优选的，所述微控制器1输出TTL波形，驱动所述功率调节器3，产生脉冲方波，所述微控制器1在所述脉冲方波处于低电平时对所述热电偶5进行电压采集。本专利技术基于上述所述的线网反应器的温度调节方法对应的系统，其改进之处在于，所述系统包括微控制器1、人机交互系统2、功率调节器3、保护电路17、线网反应器4和与所述线网反应器4的金属线网连接的热电偶5；所述功率调节器3输出功率对所述线网反应器4进行加热，所述微控制器1将所述热电偶5的电压信号隔离转换成温度信号，再通过处理运算后，作为所述功率调节器3的反馈信号，控制所述功率调节器3的功率输出；所述人机交互系统2与所述微控制器1通信，设定参数同时，实现数据的实时显示；所述保护电路17用于所述系统出现故障时报警。优选的，所述微控制器1包括供电单元6、温度采集单元7、主控运算单元8；所述主控运算单元8包括A/D转换器9和D/A转换器10；所述供电单元6通过USB接口与所述人机交互系统2连接，为所述温度采集单元7和所述主控运算单元8供电；所述温度采集单元7根据所述热电偶5的电压信号补偿调制隔离转换成温度信号后输入到所述主控运算单元8，再经过所述A/D转换器9和D/A转换器10转换后，形成TTL控制方波和控制量传给所述功率调节器3。较优选的，所述功率调节器3为高频脉冲开关电源，其由所述TTL控制方波驱动，产生脉冲方波，脉冲方波处于高电平时为功率输出，脉冲方波处于低电平时为功率关断；所述温度采集单元7在所述脉冲方波处于低电平时对所述热电偶5进行电压采集。较优选的，所述主控运算单元8包括主控芯片晶振电路14和复位电路15；所述温度采集单元7对热电偶5温度补偿调制转化后经DC-DC隔离后输入到所述主控运算单元8，再经过所述A/D转换器9和D/A转换器10转换后，形成0-5V的控制量和TTL控制方波，经隔离后输送给所述功率调节器3；当出现系统的设备初始化运行或死机时，通过所述复位电路15复位。本专利技术的技术方案中，可以实现稳定的功率调节控制，满足线网反应器不同升温程序不同升温速率的温度控制要求，该方法根据升温硬件的相应速度和控制方式确定PID的控制参数，根据线网的电阻量值和硬件的最大功率确定极限升温速率，控制算法能够在硬件的极限范围内进行随意调节，人机交互系统可以实现多段温度程序的设定，TTL方波开启和关断功率电源，同时在采温前端延时，确保了采温的准确性，同时用户自定义阈值，本方法进行自定义调节，实现极限升温速率调节，提高了其自适应能力。附图说明图1为本专利技术实施例的流程图；图2为本专利技术实施例的温度采集和功率控制的任务调度图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本专利技术进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本专利技术的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本专利技术的这些方面。本实施例通过用户设定参数控制功率调节器功率输出，微控制器测量温度，且比较用户给定的温度值与实际的测量温度，再通过控制功率调节器的电流和电压输出，达到温度的精确控制。具体的提出一种线网反应器的温度调节方法，其流程图如图1所示，具体步骤包括：1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种线网反应器的温度调节方法，其特征在于，所述方法包括：1)微控制器(1)、人机交互系统(2)和功率调节器(3)设备初始化；2)所述微控制器(1)确定PID控制参数、线网反应器(4)的采温参数和允许误差参数；3)用户通过所述人机交互系统(2)输入设定参数，所述微控制器(1)根据所述设定参数控制所述功率调节器(3)输出功率大小，对所述线网反应器(4)进行加热；同时，所述微控制器(1)接收与所述线网反应器(4)金属线网连接的热电偶(5)的测量值，通过所述人机交互系统(2)显示；4)所述微控制器(1)采用离散化PID控制，根据用户设定的温度值与所述微控制器(1)得到的测量值得到的偏差值判断，在一个采温区间内，当所述偏差值小于用户设定的温度阈值时，进行下一个采温周期的采温，否则修改离散化PID中的影响温度变化精度参数误差值后进行下一个采温周期的采温；5)重复步骤4)，直至达到设定的温度值，结束。

【技术特征摘要】
1.一种线网反应器的温度调节方法，其特征在于，所述方法包括：1)微控制器(1)、人机交互系统(2)和功率调节器(3)设备初始化；2)所述微控制器(1)确定PID控制参数、线网反应器(4)的采温参数和允许误差参数；3)用户通过所述人机交互系统(2)输入设定参数，所述微控制器(1)根据所述设定参数控制所述功率调节器(3)输出功率大小，对所述线网反应器(4)进行加热；同时，所述微控制器(1)接收与所述线网反应器(4)金属线网连接的热电偶(5)的测量值，通过所述人机交互系统(2)显示；4)所述微控制器(1)采用离散化PID控制，根据用户设定的温度值与所述微控制器(1)得到的测量值得到的偏差值判断，在一个采温区间内，当所述偏差值小于用户设定的温度阈值时，进行下一个采温周期的采温，否则修改离散化PID中的影响温度变化精度参数误差值后进行下一个采温周期的采温；5)重复步骤4)，直至达到设定的温度值，结束。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)设定参数包括频率、占空比、升温速率、终温和停留时间；所述升温速率包括1阶段升温速率至n阶段升温速率；所述终温包括1阶段终温至n阶段终温；所述停留时间包括1阶段停留时间至n阶段停留时间。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤4)修改离散化PID中的影响温度变化精度参数误差值的公式包括：eej＝k1*tn+k2*mn+k3*em式中，eej为影响温度变化精度参数误差；k1为升温系数；tn为升温速率影响参数；k2为线网温度响应系数；mn为线网温度响应时间参数；k3为误差系数；em为用户设定的温度值与所述微控制器(1)得到的测量值的误差影响参数；确定离散化PID控制为：式中，Uk为温度闭环控制量值；Kp为比例项的比例常数；Ki为积分项的比例常数；Kd为微分项的比例常数；K为增益系数；eK为在第n次采样时刻的偏差值；eK-1为在第n-1次采样时刻的偏差值；j为时间变量；其中第n次采样时刻的偏差值eK表达式为：eK＝SV-PV式中，SV为用户设定的温度值；PV为所述微控制器(1)接收热电偶(5)的测量值。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，设定温度采集处理A/D模数转换器的响应时间大于温度采集硬件调制电路响应时间；设定热电偶温度响应时...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱朋华，谢兴，林丹，刘栗，赵义军，孙绍增，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23