基于稀土萃取恒压给料流量控制的设计研究

摘要

稀土萃取过程控制是产品质量保障的重要目标,而给料流量控制则是萃取分离中影响非常大的过程参数。萃取剂、料液、酸液等流量控制的精确度将直接关系到萃取产品质量。根据目前赣南地区实际稀土分离给料设备现状,结合当前国内外稀土分离给料控制发展水平,通过对给料过程的管阻特性曲线和泵的扬程特性曲线分析,本文研究设计了一种恒压流量控制方法。
　　为了实现流量的精确控制和给料压力值保持稳定,分别就流量控制和恒压控制进行了设计,根据实际生产条件及控制要求,选择了给料过程所需要的关键元器件,简要介绍了其性能,计算得出了流量控制数学模型,采用以C8051F310单片机为核心的控制体,通过脉冲形式控制步进电机转角,再通过机械部分的丝杠传递调节流量阀阀门开度大小来实现精确的流量控制。采用变频调速方式来达到恒压给料过程控制,能节省很大一部份能量。由于实际供料压力很不稳定且整个管道压力是一个纯滞后、大惯量、干扰因素多的复杂过程,想通过计算得到压力值数学模型比较困难,本研究设计采用的是模糊控制算法,从而实现了无需很精确数学模型达到恒压控制的目的。为达到恒压控制目的,结合PID控制和模糊控制的优点,采用参数自调整模糊PID控制思想,通过模糊控制在线自整定PID参数△KP、△KI、△KD来实现给料压力的实时控制效果。
　　借助MATLAB软件中Simulink工具箱对给料过程流量和压力控制进行建模和仿真,采样计算机仿真验证模糊参数自整定和传统PID的控制效果,并对比验证确定了模糊参数自整定PID控制可达到给料压力值保持稳定的效果。同样借助传统PID控制对流量进行仿真,通过调节PID三个参数值能很较好实现输出流量值稳定性好、超调量小、震荡次数少、调节响应速度快等目标,研究还设计了总体硬件结构,包括保护模块、按键显示模块、超值报警模块和串行通讯模块,并通过下位机编程调试实现控制工作流程。
　　研究试验认为,采用变频调速恒压给料流量控制,不仅能节约电能,而且可以减少管道压力的波动和稳定给料的压力值,保障管道给料安全运行,实现泵电机的软起动,泵机组和管道都将得以保护,其经济效益明显且具有一定应用价值。

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第一章 绪论

1 .1 课题的提出背景

1 .2 课题的提出目的和意义

1 .3稀土萃取分离技术

1 .4 稀土萃取分离技术自动控制的必要性及应用现状

1 .5 本课题主要研究内容

第二章 稀土萃取恒压给料原理分析

2 .1 稀土萃取生产过程流程

2 .2 稀土混合澄清萃取槽分离过程简介

2 .3恒压给料节能分析

2 .4 变频调速恒压供料流量控制总体设计

2 .5 变频恒压供料变频分析

2 .6 .本章小结

第三章 给料数学模型的建立

3 .1 C8 05 1F 310单片机特点

3 .2 流量控制实现过程

3 .3 恒压控制设备的选型

3 .4 恒压控制近似数学模型

3 .5 本章小结

第四章 稀土萃取恒压给料模糊PID控制设计

4 .1 PI D控制原理

4 .2 PI D控制算法控制特点介绍

4 .3模糊控制原理及特点

4 .4 恒压给料参数自整定模糊PID控制算法设计

4 .5 恒压给料模糊自适应PID输入、输出量模糊化过程

4 .6恒压给料模糊自适应PID规则确定及推理过程

4 .7 恒压给料模糊自适应PID反模糊化过程

4 .8 稀土萃取恒压给料模糊PID控制过程仿真分析

4 .9 本章小结

第五章 给料系统仿真及硬件和软件的设计

5 .1 稀土萃取恒压给料流量控制仿真分析

5 .2 系统硬件的设计

5 .3 给料系统软件设计流程

5 .4 系统抗干扰措施

5 .5 本章小结

第六章 全文总结与展望

6 .1 课题总结

6 .2 课题展望

参考文献

致谢