输油管道集肤效应电伴热控制系统的研究

摘要

集肤效应电伴热技术在陆地长距离管道流体运输行业,有独特的优越性,尤其是在石油化工领域,起到重要作用。本文在综述分析集肤效应电伴热系统国内外的研究与应用现状的基础上,阐述了全文的研究意义,给出了主要研究工作,重点针对集肤效应电伴热控制系统进行。
　　第一章阐述了课题意义及背景,介绍了集肤效应电伴热系统的研究与应用现状,提出了本文工作的重点。
　　第二章研究了集肤效应电伴热系统的组成、热量来源及原理分析。
　　第三章设计了系统硬件电路并加以分析。系统硬件电路设计包括弱电和强电两部分。弱电部分主要是单片机控制主电路,详细讲解系统要实现的功能及 I/O口配置,强电部分包括各模块选型、功能介绍以及作基于Matlab/Simulink的系统原理仿真分析,最后阐述了系统的容量,并初步计算了系统的效率。
　　第四章研究系统控制策略。将基于模糊神经网络的温度控制引入到集肤效应电伴热系统中来,设计了采用 PWM占空比 c和频率 f双调制的模糊神经网络控制器。在PC机上利用 matlab神经网络工具箱对模糊控制规则进行离线训练,将效果比较好的训练结果的权值和阈值输出并存入单片机的ROM中,单片机通过直接读取权值和阈值,经过神经网络前向计算,就可提取模糊控制规则。本章将设计好的控制器进行仿真训练,仿真结果表明该控制器有好的控制效果。
　　第五章主要分析了多点温度检测的的必要性和可行性,提出多点温度检测的两种方案。完成了基于RS485和光纤传输的集肤效应电伴热多点温度监测系统功能的实现。
　　第六章进行了实验研究。结合课题组已有的部分硬件,利用所设计的控制器,建立了实验系统。完成软件设计分析与调试,进行加热试验,并对试验结果进行分析处理。
　　最后对文章作总结,并提出后期工作展望。

目录

封面

声明

致谢

中文摘要

英文摘要

目录

图清单

表清单

1 绪论

1.1 课题意义及电伴热技术简介

1.2 集肤效应电伴热系统的研究与应用现状以及未来发展趋势

1.3 本文主要工作

1.4 本章小结

2 集肤效应电伴热系统的组成、热量来源及原理仿真分析

2.1 集肤效应电伴热系统的组成

2.2 集肤效应和邻近效应的原理及仿真分析

2.3 集肤效应电伴热系统的热量来源

2.4 方波交流电的集肤效应现象

2.5 本章小结

3 集肤效应变频加热逆变电源的硬件电路设计与分析

3.1 单片机主控板

3.2 整流电路

3.3 滤波电路

3.4 并联型IGBT逆变电路及其驱动保护

3.5 频率跟踪与电流控制

3.6 基于Matlab/Simulink的系统仿真分析

3.7 变频加热逆变电源的输入输出参数及效率值计算

3.8 本章小结

4 基于模糊神经网络的集肤效应电伴热系统温度控制

4.1 研究背景分析

4.2 模糊神经网络控制器的设计

4.3 模糊神经网络控制算法在单片机上的实现

4.4 仿真分析及结论

4.5 本章小结

5 集肤效应电伴热系统的负载温度检测

5.1 多点温度检测

5.2 远程多点温度监测系统的方案选择

5.3 温度采集模块的器件选型与电路设计

5.4 本章小结

6 实验研究

6.1 系统硬件搭建实物图

6.2 软件设计分析与调试

6.3 加热试验及结果分析

6.4 本章小结

7 总结与展望

7.1 论文总结

7.2 工作展望

参考文献

作者简历