应用于沼气干法发酵的智能控制系统研究

摘要

沼气干法发酵作为一种有别于湿法发酵的有机废弃物处理技术，凭借发酵过程功耗低、用水量少、尾料处理简便等优点，被许多学者所关注，并已取得丰富的研究成果，但是仍然存在发酵环境温度及 PH值不易控制等问题有待解决。本文主要从沼气干法发酵装置优化设计，发酵温度控制算法设计，发酵 PH值控制算法设计以及沼气干法发酵智能控制系统软硬件设计四个方面进行研究。
　　本文的主要研究工作及成果如下：
　　(1)针对干法发酵中固体发酵物混合难度大的特点选择了双螺带搅拌器，并使用 Fluent软件对搅拌器在固体发酵物中混合性能进行仿真实验。针对发酵加热装置热惯性大的问题，开发了夹套热水交换系统。设计了新型多点温度检测装置，解决了连续搅拌反应釜中难以进行多点发酵物温度检测的难题。
　　(2)对沼气干法发酵PH值变化过程进行理论分析，推导出缓冲容量方程以及酸碱中和PH值输出方程，并通过实验进行验证。在推导的理论基础上提出基于分段预测模糊控制的 PH值控制算法。
　　(3)建立发酵加热系统热量传递方程，推导出加热系统的传递函数。针对发酵加热系统设计了分段温度控制算法，算法包括粒子群优化BP神经网络PID算法和温度补偿算法两部分。
　　(4)进行智能控制系统软硬件设计，采用LabVIEW软件设计上位机界面，下位机为基于嵌入式 Linux系统的 ARM9平台。根据温度检测装置需求设计了采用 ZigBee无线传输和电池供电的多路温度检测模块电路。实验证明，该控制系统提高了发酵温度和PH值的控制效率。

目录

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注释表

缩略词

第一章 绪 论

1.1课题背景及研究的意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要研究内容

第二章沼气干法发酵智能控制系统总体设计

2.1沼气干法发酵工艺研究

2.2智能控制系统设计要求

2.3沼气干法发酵控制系统总体设计

2.4发酵罐整体设计

2.5本章小结

第三章沼气干法发酵PH值控制算法研究

3.1 PH值控制过程的理论研究

3.2基于分段预测模糊控制的沼气干法发酵PH值控制

3.3仿真研究

3.4本章小结

第四章沼气干法发酵温度控制算法研究

4.1沼气干法发酵温度控制系统介绍

4.2沼气干法发酵加热过程理论分析

4.3分段温度控制算法设计

4.4仿真研究

4.5本章小结

第五章沼气干法发酵智能控制系统设计

5.1沼气干法发酵智能控制系统总体结构

5.2智能控制系统硬件设计

5.3基于LabVIEW软件的上位机显示界面开发

5.4下位机嵌入式Linux系统开发平台构建

5.5智能控制系统总体实验

5.6本章小结

第六章总结与展望

6.1本文的主要工作与创新

6.2后续研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文