脉冲控制器（精选11篇）
脉冲控制器 篇1
1 电除尘原理
电除尘作为一种可靠去除工业废气中颗粒物的工艺诞生于上个世纪初期, 50年代在发达国家被广泛应用, 其较高的除尘效果得到了人们的广泛认可。
当电除尘器阳极 (集尘极) 与阴极 (放电极) 与直流电源接通后, 形成电场。随着电场电压的升高, 两极间的电场强度逐渐增大。当两极间的电压增大到某一值时, 两极之间达到火花放电引起电晕, 将两极间的空气电离成正离子和负离子。正负离子在电场力作用下移向电极, 在此过程中与从两极电场中通过的尘粒碰撞粘附, 使尘粒荷电尘粒在电场力的作用下被捕集到两极上, 尘粒把自身的电荷释放后, 就向下跌入灰斗中。但在两极上还会粘附一些灰垢, 如粘附过多, 就会影响除尘效率, 因此, 需用振打装置定期振打将灰垢清除。这就是电除尘工作的原理。
除尘效果关键是除尘供电的高可靠性和稳定性, 经过近几十年的发展, 电除尘供电经历了三次变革和改进, 从直流供电到间歇式供电直到现在比较先进的脉冲供电。
众所周知电晕的产生是电除尘的关键, 但电除尘器集尘极上灰尘的不断积累会严重影响电晕电流。因为电压的升高或者相应的极间的电压降低都会不同程度的抑制电晕电流。而灰尘层的电压是与比电阻相关的, 灰尘层的比电阻越大, 灰尘层的电压就越高。
当集尘极上灰尘层的电压超过击穿电压而发生灰尘的电场击穿时, 就会产生反电晕现象。由于反电晕极大影响电除尘效果所以, 采取有效的防止反电晕的措施是必要的。而脉冲式供电很好的解决了反电晕现象, 而且与直流供电相比节省电能近1/3。
2 电除尘脉冲供电控制的应用
进入新的世纪随着国家节能环保的力度逐渐加大, 我国掀起了节能环保的热潮, 各种节能产品应运而生, 作为污染和耗能大户的火力发电厂更不甘落后, 电除尘脉冲供电工艺便是其中之一。
该系统的核心部件为脉冲供电控制仪, 山东华聚能源股份公司济二矿电厂采用的是大连某电子研究所生产的产品。其主要功能有1、手动升压2、伏安曲线3、参数设置4、数据校正5、其他设置6、帮助文件。该控制仪设计分为两部分第一部分为控制板;第二部分为显示板;控制部分采用rs485接口可与上位机进行通讯, 实时远程显示一次电压、一次电流、二次电压、二次电流以及运行时的其他参数, 其通讯协议为MODBUS通用规约, 多点通讯采用rs422转换器实现。
该控制仪灵敏度较高, 对电压电流的调节线性度好, 系统运行以来大大提高了除尘效果, 基本避免扬尘现象的发生, 同时节能效果明显。
3 维修过程分析
3.1 故障现象
无法升压, 一、二次电流均为零。
3.2 线路板简介
该线路板共设置3个单片机分别是:ST一片;ZPSD一片;ATEL一片, 3片单片机共同协作完成预设功能, 其中;ZPSD单片机作为主CPU负责实现数据运算和控制功能, ST单片机负责面板和控制板信息传输和解码, ATEL单片机负责现场数据采集和传输。
线路板主要特点是:大量采用PLCC封装芯片, 同时采用3片单片机协同运行, 单片机之间采用硬接线数据通讯传输, 大量采用光电隔离芯片以保证数据免受干扰, 大量采用数字逻辑芯片。
3.3 维修过程
1) 由于无法升压首先判断排出程序能否正常运行, 主单片机是否正常工作?——检测方法:测量芯片电压是否为-4.5~5.0V, 晶振是否正常工作?——经过测量芯片电压正常, 通过替换晶振后, 系统仍然无法工作。为落实单片机工作是否正常, 采用编程仪器测试, 证实程序正常。
2) 检测输出线路。输出线路主要芯片:HD74ls14 (数字逻辑芯片) 、TLP521-4光耦芯片 (线路板IC16) 、ULE2004数据缓存器。
通过检测输入电压和输出电压波形, 初步判断上述芯片正常工作, 为进一步确定, 购买新的芯片进行一一替换, 系统仍不能工作。
a.驱动三极管。驱动三极管为BD137达林顿NPN管, 该芯片为焊接, 无法进行简单替换, 通过现场测量, 各管角参数, 初步证实该三极管有可能击穿。
b.从深圳某电子公司购得BD137芯片, 通过更换试验, 以及上电测量电压, 证实基本正常。
c.通过投入电厂, 现场试验后, 系统正常工作, 投入运行。
3.4 所需材料
三极管:BD137PH 1个 (重要) 达林顿驱动管;
晶振:11.0592 2个;
光耦:TLP521-4 5个;
逻辑器件:HD74ls14 5个;
二极管:IN4004 6个;
15W电烙铁焊锡丝一盘松香焊锡膏一盘。
4总结
电除尘控制仪是除尘系统的核心部分, 一旦出现故障除尘系统将停止运行, 影响环保工作。为保证控制仪的产期稳定运行, 首先, 操作过程中 (升、降压过程中) 应缓慢升降电压, 防止由于快速动作造成芯片损坏, 另外, 正常的操作程序和稳定的供电电压, 以及良好的散热是电子控制产品稳定运行的关键。
摘要：本文介绍了我国火力发电厂电除尘控制器发展现状, 并详细叙述了脉冲供电控制器在火力发电厂的应用情况, 及一例故障维修分析。
关键词：电除尘,脉冲供电,能耗分析
脉冲控制器 篇2
脉冲爆震发动机性能模型控制策略分析
本文利用脉冲爆震性能模型分析了脉冲爆震发动机的.控制策略.当发动机燃料未充填满时,存在使得发动机工作状态达到局部最优的爆震频率,当飞行马赫数变化时,为使发动机工作在局部最优的爆震频率下,以取得最佳的推进性能,可采用节流的方式.而在改变爆震频率的同时增大燃料填充量也可以提高发动机的推进性能.所以对于脉冲爆震爆震发动机应采用调节爆震频率和燃气填充相结合的控制策略.
作 者：戴轶 屈卫东 DAI Yi QU Wei-dong 作者单位：上海交通大学,电子信息与电气工程学院,上海,200240刊 名：微计算机信息 PKU英文刊名：CONTROL & AUTOMATION年，卷(期)：200925(1)分类号：V231.2+2关键词：脉冲爆震发动机 控制 性能模型
脉冲控制器 篇3
【关键词】强脉冲光；脉冲染料激光；鲜红斑痣
【中图分类号】R758.51 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2015）02-0147-01
鲜红斑痣是先天性、低血流量的真皮内血管畸形，新生儿发病率约0.3%。常表现为粉红色或紫红色斑片，可增厚为斑块。多发生于头、面、躯干及四肢，严重影响容貌。以往对鲜红斑痣治疗手段有手术、冷冻、同位素等，但治疗疗效差。随着强脉冲光技术的出现，对深层次血管性疾病也获得了突破性的治疗疗效[1] 。因此我们拟收集2012年1月～2014年4月我院诊断为鲜红斑痣的患者，探讨强脉冲光联合脉冲染料激光治疗鲜红斑痣的临床疗效
1 资料与方法
1.1 病例选择 收集2012年1月～2014年4月我院诊断为鲜红斑痣的患者作为本次研究对象，共50例，平均年龄（14.3±5.4）岁，男性23人，女性27人；皮损部位：面部17例，颈部12例，躯干14例，上肢4例，下肢3例。
1.2 入选标准 （1）入院后治疗经过完整，鲜红斑痣为紫红型和增厚型，每个研究对象自愿参与本次研究。
1.3 仪器
1.3.1 脉冲染料激光 波长585 nm，光斑直径5～7 mm ，能量密度4～9 J/cm2，重復频率 2 Hz。
1.3.2 强脉冲光 波长515～1200 nm，脉冲间隔1～300ms，脉冲个数：1～3，最大能量密度150 J/cm2。
1.4 治疗方法 清洁患处，对于疼痛敏感者术前使用恩纳乳膏。先行强脉冲光治疗，再行脉冲染料激光治疗。强脉冲光脉宽7.0～12.0 ms、脉冲间隔20～50 ms；脉冲染料激光的波长585 nm、脉宽0.45 ms。用PDL治疗时每个光斑需重叠1次，以皮肤即刻呈深灰色为度。治疗后冷敷1小时。治疗间隔2～3个月，每次治疗前及治疗后对患者进行照片拍摄。
1.5 评价方法 对患者进行随访，对比患者治疗5次、治疗10次时的治疗疗效以及不良反应
1.5.1 治疗疗效 参考文献[2] ，以皮损颜色、面积为评价标准，疗效分为：痊愈、显效、有效及无效。（1）痊愈：皮损消失，表面光滑，无瘢痕，皮损的颜色完全消退。（2）显效：皮损消退60%～89%。（3）有效：皮损消退30%～59%。（4）无效：皮损无变化。有效率=（痊愈例数+显效例数）/总例数×100%。
1.5.2 不良反应 主要记录增生性瘢痕及色素沉着发生例数。
1.6 统计分析方法 将资料录入 Econometrics Views6.0统计软件，计量资料采用x（_）±s描述，使用t检验。两样本率用χ2检验法，当P<0.05时，判断有统计学意义。
2 结果
2.1 患者治疗5次、治疗10次时的治疗疗效及不良反应比较 患者治疗10次时与治疗5次时治疗有效率分别为70%、50%，差异有统计学意义（P<0.05）；患者治疗10次时与治疗5次时不良反应率分别为6%、4%，差异无统计学意义（P>0.05），见表1。
3 讨论
本次研究显示患者治疗10次时与治疗5次时治疗有效率分别为70%、50%，差异有统计学意义（P<0.05）。脉冲染料激光波长在530-600纳米之间，主要作用于血管中的血红蛋白，使之加热而破坏扩张的血管，而皮肤的其它组织不受破坏，因此封闭了鲜红斑痣的血管营养生长供给，并通过提高黑色素细胞运转，间接性清除皮肤色斑。但脉冲染料激光难以凝固到的深部大血管，若单纯脉冲染料激光对紫红型或增厚型鲜红斑痣治疗，其愈合率仅为25%和10%，而且多数患者治疗后皮损难以达到完全消退，因为在 6～8 J/cm2能量密度时，585 nm脉冲染料激光有效深度只能达到0.65 mm，不能达到真皮乳头层，而且对于直径大的血管会造成凝固不完全。
强脉冲光是一种连续的多波长的非相干性光，可以通过滤光片选择波长，有选择性的去除色素斑、使血管闭塞的作用[3] 。强脉冲光不仅透过表皮，而且可以被黑素和血红蛋白选择性吸收，然后转化为热能，产生光热作用，靶组织被破坏，最终导致血管闭塞，达到治疗毛细血管扩张的效果。而且皮损颜色越深强脉冲光治疗效果越好。本次研究发现随着强脉冲光联合脉冲染料激光治疗时间的延长，疗效明显提高，这可能与病变层次及光穿透组织衰减，而部分封闭靶血管有关[4] 。而且随着治疗时间的延长，并未增加增生性瘢痕及色素沉着不良反应发生例数。
综上所述，本次研究认为强脉冲光联合脉冲染料激光治疗鲜红斑痣治疗疗效可靠，不良反应少。
参考文献
[1] 谭志建，童晓荣，刘 凌，等.脉冲染料激光治疗鲜红斑痣的临床疗效分析[J].临床皮肤科杂志， 2001，30（1）：27 -29.
[2]何葆华，金 珏，俞锡娟，等.葡萄酒色斑的Waner分型与治疗[J].中国美容整形外科杂志， 2006，17（6）：423 -425.
[3]陈国璋.激光美容外科学[M].北京：中国医药科技出版社，2003：164 -171.
脉冲燃烧控制技术论述 篇4
在传统的燃烧控制方式中, 加热炉的加热一般是通过调节燃料和空气的流量使它们按一定的比例混合达到充分燃烧的。在燃料热值较高的情况下, 使用少量的燃料就可以满足加热工艺的需要, 燃料和空气的流量均比较小, 输送燃料的管路的截面也较小, 采用传统的连续控制方式, 控制燃料和空气的蝶阀就要做得较小, 导致蝶阀工作在非线性死区。而采用数字化的燃烧技术—脉冲燃烧控制技术进行加热炉的燃烧控制, 可以很好地解决以上问题。
1 脉冲燃烧控制技术
1.1 脉冲燃烧控制技术简述
脉冲燃烧控制技术是通过控制烧嘴的燃烧时序和燃烧的时间来控制炉子的温度, 并且每个烧嘴可以进行单独的调节和控制。烧嘴何时点燃是由脉冲控制器控制的, 而烧嘴的燃烧时间是由设定温度和炉子实际温度的偏差值决定的。
1.2 脉冲燃烧控制技术的优点
不需要燃气、空气流量控制回路、克服流量调节的局限性、简化了空、燃气的管路设计、增强了炉子的灵活性、减少维护的工作量、操作容易、自动化程度高。
2 应用实例
脉冲燃烧控制技术在大连发动机配件有限公司台车式热处理炉控制系统上的得到很好的应用。
2.1 主要控制功能及实现手段
该炉的自动化系统包括燃烧自动化和电气自动化两部分, 其控制功能设置围绕炉温控制而展开, 辅以燃烧控制、炉压控制、机械运动控制、PLG、供风总管压力调节。
2.1.1 炉温控制
根据每个温区的温度情况, 每区用一个脉冲控制器按照加热工艺要求设定统一的升温曲线来控制每个烧嘴的工作状态, 这种燃烧方式在开/闭交替切换的过程中既调节了炉内局部热负荷, 又增加炉气循环的扰动, 能进一步消除炉内局部温差。
其炉温具体设定方式分为三种:
①手动设定方式:根据仪表盘温控器的温度显示, 通过仪表盘上的脉冲控制器改变相应的空气阀门执行器的开启和开度的频率。②手动设定方式:在CRT上, 手动改变温度调节器的设定值 (SP) , 对各段炉温进行设定。③程序设定方式:对于不同规格和材质的坯料, 有不同的工艺曲线, 因此亦对应不同的各供热区炉膛温度。工艺人员可将对应于上述不同规格和材质的理想炉温设定值以数据库的形式, 保存在PLC内, 并在CRT的“钢种选择画面”上“按组”显示。工作人员可根据需要, 通过“一触式”按键, 对各供热区的炉温进行批量设定。
2.1.2 燃烧控制
燃烧控制系统由“本机”和“手控”2种控制模式, 在“本机”工作状态下, 由控制器实现自控, 并根据设定的燃烧器开/闭自动交替。如果本机出现故障, 还可以采用手动应急控制。
2.1.3 炉膛压力控制
炉压控制对于本炉操作是至关重要的一个方面。在本应用中借助于烟道闸板阀实现炉压调节, 将炉压控制在微正压;炉顶设微差压变送器监测;炉膛压力高、低报警;计算机显示记录, 仪表盘显示。
2.1.4 紧急停炉保护联锁
为保证燃烧系统的安全运行, 系统设置紧急停炉保护联锁功能。在冷风压力过低、风机故障信号、电气停炉信号、紧急手动停炉情况下, 发生自动停炉。当发生自动停炉时, 系统完成总管燃气切断动作, 提示操作员进行管道内煤气排放吹扫等操作。
2.1.5 电气控制
电气控制系统含炉区范围内的电气控制和低压配电。炉区全部采用低压 (380 V/220 VAC) 供电。控制范围包括:①台车驱动控制:采用点动控制, 设台车限位开关, 前进、后退、前到位、后到位报警并指示。②炉门升降控制:采用点动控制, 设炉门限位开关, 上升、下降、上到位、下到位报警并指示。③气动密封装置控制:采用点动控制, 设密封限位开关。④助燃风机启/停控制。⑤掺冷风风机。
2.2 控制系统的结构及硬件配置
该系统由人机接口、PLC、现场仪表、温控器、脉冲控制器等组成。其结构如图1所示:
下位机:炉区自动化控制系统、燃烧控制系统、电气自动化控制系统, 由1套西门子PLC组成。主要完成通讯、数据的采集、重要的逻辑控制等, 例如:切断、吹扫、点火正常/故障等。
上位机:采用工控机作为该系统的工作站, 以WINDOWS2000作为系统软件, 监控软件采用编程软件和开发版组态软件。可在线对整个系统进行组态、参数修改、开发等;可通过软件实时监视系统工艺参数变化、设备运行、故障发生等情况, 并进行多种模式操作, 同时负责日常报表、事故和数据的记录等。
2.3 控制系统功能
该控制系统是一个集监视、操作、管理的综合性系统, 操作人员可以通过键盘和鼠标在CRT上的监控画面进行操作和监视, 进行历史数据的查询, 报表的自动定时和手动打印, 报警的确认及查询等。上位机故障时, 控制系统仍能进行正常工作;系统配置UPS电源, 在外部电源故障时, 有充足的时间进行安全联锁工作, 确保加热炉和设备的安全。
3 结语
经络电脉冲疗法 篇5
20世纪50年代后，疏通经络的方法逐渐用上了现代科技，如低频电脉冲、超声波、激光、药物穴位注射等等。
现代科学证实，人体穴位和经络线的电阻比周围组织低很多，也就是说，人体穴位和经络线是身体各部位的最良导体。在人体皮肤表面加一个低频电脉冲，只要电极能覆盖某个穴位时，电流主要是沿着穴位点进入体内，然后循经络线传导构成回路。
现代研究证明，经络线只有1毫米左右宽，穴位点就是这1毫米左右宽经络线上的某个点，扎针要想取得良效，就必须十分准确地按位置、角度、深度行针。技术性很强，有相当难度。而利用经络治疗器进行经络治疗为人们提供了一个十分便利的刺激经络的方法，只要把皮肤电极置于穴位处，电极覆盖了穴位就可以了。
经络电脉冲疗法操作方法
1．首先检查全部旋钮是否调至“0”位。
2．将电极固定在穴位上，负极放在主穴上，正极放在配穴上，电极必须压紧，防止移位。
3．准备完毕再启动开关，电流强度和频率由小逐渐增大。
4．在治疗肩周炎、颈椎病和坐骨神经痛时，治疗15～30分钟后，可将正负极插线互相交换，变换极性，提高疗效。
5．治疗结束后，先关闭电源，再取下电极接头。每日1次，每次30～60分钟，2星期为1个疗程，间隔ｌ星期后，再继续第二个疗程。
养生应用
1．感冒风府（＋）、大椎（－）、迎香（－）、合谷（＋）。前额头痛加头维（＋），两侧头痛加太阳（－）。
2．咳嗽肺俞（－）、天突（＋）、膻中（－）、列缺（＋）、尺泽（－）、丰隆（＋）。
3．哮喘关元（－）、气海（＋）、肺俞（－）、太渊（＋）、鱼际（－）、丰隆（＋）。
4．头痛前额痛头维（＋）、合谷（－）；偏头痛：太阳（＋）、外关（－）；后头痛：风池（－）、后溪（＋）；巅顶痛：百会（＋）、 风府（＋）、太冲（－）。
5．高血压 合谷（－）、太冲（＋）、足三里（－）、曲池（＋）。
6．失眠神门（－）、合谷（＋）、太溪（－）、三阴交（＋）。
7．胃痛内关（＋）、公孙（－）、足三里（＋）、梁丘（－）。
8．胁肋痛外关（＋）、阳陵泉（－）、肝俞（－）、胆俞（＋）。
9．腹泻天枢（－）、大肠俞（＋）、足三里（－）、上巨墟（＋）。
10．尿路感染中极（－）、气海（＋）、太冲（＋）、阴陵泉（－）。
11．前列腺炎中极（－）、曲骨（＋）、合谷（－）、次髎（－）、膀胱俞（＋）。
12．面瘫翳风（－）、下关（＋）、阳白（－）、颊车（＋）、合谷（－）、风池（＋）。
13．三叉神经痛攒竹（＋）、翳风（－）、下关（＋）、颊车（－）、行间（＋）、合谷（－）。
14．腰痛大肠俞（－）、次髎（＋）、委中（－）、承山（＋）。
15．坐骨神经痛大肠俞（－）、秩边（＋）、环跳（－）、委中（＋）、肾俞（－）、次髎（＋）、环跳（－）、阳陵泉（＋）、昆仑（－）。
16．肩周炎肩髃（－）、臂月需（＋）、肩髃（－）、肩内俞（＋）、曲池（－）。
17．网球肘天应穴（－）、手三里（＋）、外关（－）、合谷（＋）。
18．膝关节病犊鼻（－）、阳陵泉（＋）、阴陵泉（－）、太冲（＋）。
19．踝关节扭伤昆仑（－）、丘墟（＋）、解溪（－）、天应穴（＋）。
20．颈椎病天柱（－）、大椎（＋）、风池（＋）、外关（－）、后溪（＋）。
21．中风后遗症上肢：肩髃（－）、曲池（＋）、外关（－）、合谷（＋）；下肢：环跳（－）、阳陵泉（＋）、悬钟（－）、太冲（＋）。
22．脉管炎上肢：曲池（－）、三阳络（＋）、八邪（两侧）（＋）（－）；下肢：阳陵泉（－）、绝骨（＋）、八风（两侧）（－）（＋）。
23．慢性鼻炎迎香（＋）、合谷（－）。
24．神经性耳聋听官（＋）、翳风（－）、中渚（－）、外关（＋）。
25．戒烟列缺（－）、合谷（＋）、脾俞（－）、肺俞（＋）。
26．减肥天枢（－）、大横（＋）、关元（－）、气海（＋）、阴陵泉（－）、丰隆（＋）。
注意事项
1．治疗时，避免刺激造成疼痛。尤其是虚弱者，宜采用补法，功率不宜过强。
2．治疗时，如出现晕针现象，应立刻停止治疗，静卧片刻，喝些热开水即可恢复。
3．严重高血压和心脏病及局部皮肤溃破者，不宜用本法。
4．两侧肢体接线不能左右交叉，避免电流通过心脏。
５．对肿瘤、出血性疾病，病变局部禁止配穴。
脉冲控制器 篇6
关键词：脉冲埋弧焊,脉冲控制器,改装,参数标定
0 引言
埋弧焊属于电弧焊方法, 在工业生产中具有广泛的应用[1]。随着科技的高速发展, 各个生产领域对生产率的要求都逐渐提高, 但如果只依靠增大热输入量来提高效率, 会影响接头的组织, 使晶粒变得粗大, 这样焊接接头韧性指数就会下降;如果提高焊速会出现咬边等缺陷。为了解决这个问题, 焊接工作者提出了脉冲埋弧焊工艺[2]。传统的埋弧焊机焊接效率比较低, 高端的脉冲埋弧焊机价格又比较昂贵, 所以本课题就是设计把普通的脉冲控制器接入到传统的埋弧焊机中, 使二者连接之后能有脉冲焊机的效果, 能稳定高效率地进行焊接。改造完成后进一步对改装完成的埋弧焊机进行电标参数的重新测定。改造及标定完成后, 进行脉冲埋弧焊试验, 验证设备的正常使用性能和参数标定的准确性。
1 普通埋弧焊机的改造
1.1 脉冲控制器的使用及接线原理
脉冲控制器的面板如图1 所示, 显示屏中前两位数字表示脉冲频率, 后两位数字表示占空比。第三位, 第四位小数点表示工作模式:1) 第三位和第四位数码管小数点不断地交替闪亮, 表示脉冲工作模式;2) 第三位数码管小数点处于常亮状态, 表示直流工作模式且基值给定旋钮有效;3) 第四位数码管小数点处于常亮状态, 表示直流工作模式且基值给定旋钮有效。左起第一个按键为复位键;左起第二个按键为模式键, 它可使脉冲控制器模式按1-2-3的顺序循环;左起第三、第四个按键为调节频率键。左边第五、第六个为调节脉宽比键。
脉冲控制器的外接线为5 孔的航空接头, 如图2 所示。分别对应5 个接线端:31 号 (棕色) , 32 号线 (白色) , 75号 (黄色) , 76 号 (黑色) , 77 号线 ( 蓝色) 。
1.2 埋弧焊机接线原理
本次改装所采用的焊接电源是ZD5 (D) -1250 系列晶闸管多功能弧焊整流器。多功能弧焊整流器由主电路和控制电路组成。控制电路核心是控制板, 从分流器上取得的电流信号或从输出端取得的电压信号, 经放大后与给定信号进行综合比较后输出触发角可调的触发脉冲, 去控制晶闸管的导通角, 以维持电流或电压的恒定, 从而使多功能弧焊整流器具有稳定的输出特性。控制电路的部分电路图如图3 所示, 图中表示出了变压器输出端的接线编号和电压值。输出端接入14 芯航空插头, 接线顺序如图4 所示。
1.3脉冲控制器与普通埋弧焊机的连接
脉冲控制器的5 条外接线中, 31 和32 分别连接110 V交流电源, 给脉冲控制器的工作提供电能, 分析图3 可知, 应该分别连接121 与128 号接线端, 与14 芯航空插头对应的应该为1 孔与8 孔。
2普通埋弧焊机改造后参数的标定
依据已有的研究结果, 接入脉冲控制器的埋弧焊接系统能够有效地改善埋弧焊的焊接质量和焊接稳定性[4]。但在接入脉冲控制器时占用了原埋弧焊焊机电流接线端, 导致原来的电流调节旋钮失去作用, 电流读数已经不再是准确的电流值, 所以需要对接入脉冲控制器的基值和峰值旋钮进行重新标定。
2.1 单旋钮参数标定
调整脉冲控制器的工作模式, 使第三位数码管小数点常亮, 设定工作模式为直流基值工作状态。埋弧焊机开始工作, 在焊接过程中, 调节基值旋钮至不同的数值, 在焊接小车的电流显示面板上, 可以读出电流示数, 并与数据采集系统在计算机上读出相对应的电流参数相比较, 二者数值一致, 说明在改装之后, 焊接小车上的电流表仍然能够正确显示参数, 基值旋钮调节的数值分别为2、3、4、5、6, 电流表读数如表1 所示。
依据上述数据, 绘制散点图以及直线图并进行曲线拟合, 然后利用Origin软件求解拟合方程, 如图6 所示, 调节值x和实际值y拟合后的直线方程为y=120x+60。
采用同样的方法对峰值旋钮进行标定, 得到调节值x和实际值y拟合后的直线方程为y=120x+60。
2.2 脉冲状态下电流旋钮标定
在标定单独的基值旋钮和峰值旋钮的基础上, 为了进一步测定改造后的脉冲埋弧焊装置能否在脉冲模式可靠运行, 基值与峰值电流之间是否有影响, 还进行了脉冲焊接实验。依据以往的经验, 为保证脉冲效果明显, 需设定脉冲基值与脉冲峰值差不小于150 A, 选定脉冲频率为20 Hz, 占空比为50%。
首先, 峰值保持不变调节基值旋钮。在实验过程中保持峰值旋钮调节为600 A, 调节基值旋钮分别调整为300 A、250A、350 A、400 A, 调整过程中, 观察每次的均值是否有变化, 来确定基值旋钮是否能正常使用。实验结果数据如表2 所示。
在表2 中, 可以看出在保证峰值不变的情况下, 调节基值旋钮使基值产生变化, 并且均值跟随基值的变化而变化, 说明在脉冲状态下, 基值旋钮可以正常使用。
在表2 中, 第一组数据使用数据采集平台Lab VIEW生成的数据波形图如图7 所示, 同时各组电信号的电流平均值如图8 所示。
第1 组数据电流的平均值的计算值为450A, 实测值如图8 (a) , 第6 组数据电流的平均值的计算值为400A, 实测值如图8 (b) , 第7 组数据电流的平均值的计算值为420A, 实测值如图8 (c) , 第8 组数据电流的平均值的计算值为470A, 实测值如图8 (d) 。
在脉冲状态下进行的焊接实验理论电流平均值与实际的电流平均值相近, 结果证明改造后的设备能在保证峰值不变调节基值时, 数据能准确显示, 所以改造后的设备的基值旋钮能正常使用。
采用同样的试验方法, 基值保持不变调节峰值旋钮, 也能够验证在脉冲状态下, 峰值旋钮的调节依然有效, 调节的对应值不受工作模式的影响。
3 结论
本文在研究了普通埋弧焊机及脉冲控制器外接线的基础上, 将二者进行连接。将脉冲控制器的31, 32 号接线连接埋弧焊机的121 与128号接线端, 即110 V的电源。脉冲控制器的75、76、77 接线与原来调节电流旋钮连线的低、中、高电位的3 个接线端相连接, 这样它与电流旋钮连接后就可以给出脉冲电流。
将埋弧焊接和脉冲控制器连接以后, 已将原有的接头接到脉冲控制器上, 原埋弧焊机上的电流调节旋钮已经不能再显示正常使用, 因此对脉冲控制器的参数进行标定。对基值旋钮和峰值旋钮分别进行标定, 得到旋钮调节数值x和实际值y拟合后的直线方程均为y=120x+60。然后进行脉冲状态下电流旋钮标定, 试验结果表明基值旋钮和峰值旋钮在脉冲状态下互不干扰, 改造后能够正常、可控地输出脉冲电流。
参考文献
[1]杨立军.材料连接设备及工艺[M].北京:机械工业出版社, 2009.
[2]李桓, 郭胜, 陈埒涛.脉冲埋弧焊工艺研究及焊缝熔深特征[J].焊接, 2004 (7) :10-12.
[3]李桓, 刘琼, 杜乃成, 等.脉冲埋弧焊原理及波形特征[J].焊管, 2004, 27 (4) :6-8.
脉冲MIG焊控制方法的现状 篇7
1 脉冲MIG焊电弧的开环控制
传统的MIG脉冲焊方法都是通过调制焊接电流和施加强迫脉冲的方法来控制熔滴过渡, 并通过调节一系列的脉冲规范参数来获得最佳的熔滴过渡和弧长。这种控制方法的规范参数调整很复杂, 脉冲参数 (Ib、Ip、Tb、Tp、f) 要靠人工调整, 使之与送丝速度、弧长和熔滴过渡相适应。当焊接条件和焊接规范改变时, 上述参数又需要新调整。与传统脉冲MIG焊控制方法相比, 这种控制方法简化了焊接规范的调节, 又能在送丝速度的一定范围内实现工艺参数自动控制[1], 系统框图如图1所示。这种方法的另一主要问题是抗干扰能力差, 而在焊接过程中各种各样的干扰是不可避免的, 其中主要有弧长、焊丝干伸长以及送丝速度的干扰。当这些干扰出现时, 上述系统的弧长和熔滴过渡方式将发生变化, 电弧的稳定性和焊接质量将受到影响, 甚至会破坏正常的焊接过程。
2 Synergic脉冲MIG电弧控制系统
英国焊接所M.Amin等人在1977年提出了Synergic控制法, 是目前已发展的脉冲MIG控制系统中应用最为广泛的一种方法, 如图2所示, 其原理是:焊接电源的外特性采用恒流特性, 通过两个恒流外特性的切换实现脉冲焊接, 脉冲参数的控制是利用送丝速度作为信号, 按照一定的数学模型来控制脉冲参数, 使电弧在任何送丝速度下均可获得最佳的弧长和最佳的熔滴过渡方式, 实现了脉冲MIG焊的单旋钮控制。其优点是随着送丝速度的变化, 脉冲频率发生相应的变化, 根据送丝速度的变化自动匹配电流脉冲参数, 从而使熔化速度与送丝速度相适应, 但该控制方法对由于由送丝速度以外的因素引起的弧长扰动没有调节作用。
3 脉冲MIG焊弧长反馈闭环控制系统
关于此法, 国内外已作了大量研究, 其基本原理是利用弧长信号闭环反馈控制脉冲参数。如日本三菱电气公司采用了开环控制和闭环控制并用的方法控制MIG脉冲电弧, 获得了欧洲专利权[2], 如图3所示。该控制方法首先根据送丝速度按照一定的数学模型来控制脉冲频率, 使熔化速度与送丝速度基本相等, 再引入电弧平均电压的负反馈来调整脉冲参数以适应条件的变化和随机干扰。一般认为, 一个脉冲过渡一个熔滴是脉冲焊熔滴过渡的较好形式[3], 它具有过程稳定、无飞溅、焊缝成形好和焊接质量高的特点;同时认为, 只要保证峰值电流Ip和峰值时间Tp满足一定的匹配关系, 就能实现一脉一滴。于是出现了在保持单元脉冲能量恒定的前提下, 对弧压和送丝速度均进行反馈控制的综合控制法, 从而实现了一脉一滴控制。通过调节峰值电流和基值电流的时间来克服干伸长对熔化速度和熔滴体积的影响, 在保证一脉一滴过渡的同时还保证每个熔滴的体积基本不变, 从而使熔滴过渡更加均匀、稳定[4]。该控制系统不但保持Syncrgic控制系统的优点, 而且对由非送丝速度引起的弧长干扰有较强的自适应能力。
该系统的缺点有:
1) 由于闭环反馈信号取自电弧平均电压, 当遇到弧长干扰电流变化时, 电弧电压并不代表弧长。
2) 电弧平均电压是通过积分环节获得的, 而且时间常数较大, 弧长调节和恢复的动态品质较差。
3) 由于该系统是采用三极管开关和电感滤波方式来控制输出电流, 电流的脉动波纹大, 动态性能差。
随着对GMAW-P焊接的深入研究, 应对数字控制系统控制的精确化与准确化, 针对GMAW-P电弧长度的控制又上升了一个台阶。
4) 变参数PID控制和多速率采样器
在工况发生变化或者在不同的干扰、扰动情况下, 使用单一不变的PI控制参数难以满足要求, 因此提出“变参数PID”的控制思想[5,6]。
在脉冲焊时, 基值、峰值电流期间, 等效电弧负载不同, 因此设计不同的PI参数控制器, 以满足不同的动态响应速度, 达到独立调节脉冲电流上升沿和下降沿的目的, 如图4所示。
在采样过程中应用“多速率采样器”。实际上, 在一个复杂的多回路或多变量的计算机控制系统里, 采用一个相同的采样速率已不能满足控制要求, 需根据每个回路及变量的特性, 选择不同的采样速率, 从而形成多速率采样系统。对系统中同一变量在不同的工作阶段其变化的快慢不同, 也可以采用不同的采样速率。
4 QH-ARCl03控制法
清华大学潘际銮教授等人在20世纪80年代发明了QH-ARC控制法, 建立在晶体管电源基础上, 其原理:当焊丝的熔化或焊丝的送进使电弧工作点移动时, 电弧电压也随之变化, 当电弧电压达到设置的上、下门限值时, 控制系统迫使电流发生突变, 使电孤电压不超过设置的上、下门限值, 在门限值内则按闭环控制处理, 从而使弧长得到控制。电源外特性为“口”字形, 在脉冲与维弧期间均工作在恒流状态, 而脉冲频率由弧长的给定电压和实际反馈电压的偏差来决定。这种控制方式通过外特性控制来保证焊接过程的稳定, 经过三次改进, QH-ARCl03为其最佳的控制法, 是气保焊控制方法的一大创新。该法通过动态响应性能极好的电源, 实现电源外特性的实时切换, 电弧长度在两个设定点之间变化, 系统具有很好的调节性能。但这些控制方法具体针对某些焊接工艺而研究, 在实际应用中还需进一步改进。
5 等熔深控制技术
为保证焊接过程电流稳定、波动小, 保持焊丝干伸长不变是十分重要的。但是, 在狭窄空间, 工件有时妨碍喷嘴位置, 而影响焊丝的干伸长;还有在半自动焊时焊工手颤动也将影响干伸长。焊丝干伸长发生变化时, 焊丝干伸长部分的焦耳热发生改变将影响焊接电流的输出, 其结果导致焊接电流的变化。因此, 焊缝形状和熔深也发生变动, 容易产生未焊透缺陷。
日本对等熔深控制进行了有效的研究。OTC公司采用模糊控制技术实现等熔深控制。使用一般电源时, 随着焊丝干伸长增加, 焊接电流减小, 因此熔深也减小。而通过检测焊接电流大小, 当电流减小, 说明焊丝干伸长增大, 用模糊推理去控制送丝速度, 使送丝速度增加, 也就提高了焊接电流。企图保持电流不变, 从而保持熔深恒定。
6 弧长非线性处理方法
对于弧长控制, 其控制对象为脉冲电弧, 其传递函数难以求[7], 有很多国内外学者就“电弧非线性弧长线性化处理”作了很多研究, 提出了一些新的控制方法, 设计了新型的弧长控制器。Y M Zhang等[8]采用鲁棒控制方法, 将弧长进行了非线性处理。Jesper[5]采用状态空间反馈的方法将弧长反馈进行了线性化。黄鹏飞等[9], 采用“单周期"控制法, 将弧长进行非线性处理, 在每个脉冲周期内, 保证平均电弧电压与给定电压一致。其具体的控制过程如下:在焊接过程中, 从每个脉冲的初始时刻开始, 采样并计算电弧电压的平均值。虽然这种控制方法可以保证在每个脉冲周期内电弧电压的平均值与给定值之间不存在静态误差和瞬态误差, 但是这种控制方法采用单一的控制量调整脉冲频率, 如果弧长的扰动较大时, 会引起脉冲频率的剧烈变化, 从而影响熔滴尺寸, 焊接质量受到影响。
7 结论
针对GMAW-P焊接过程, 展开脉冲电流、熔滴过渡及弧长的数字控制研究, 对改善GMAW-P焊接工艺, 提高GMAW-P焊接质量, 扩大GMAW-P的应用范围有着现实的意义。
摘要：针对脉冲MIG焊控制方法的现状进行了介绍, 主要包括:脉冲MIG焊电弧的开环控制;Synergic脉冲MIG电弧控制系统;脉冲MIG焊弧长反馈闭环控制系统;脉冲MIG焊弧长反馈闭环控制系统;QH-ARCl03控制法;等熔深控制技术;弧长非线性处理方法。针对GMAW-P焊接过程, 展开脉冲电流、熔滴过渡及弧长的数字控制研究, 对改善GMAW-P焊接工艺, 提高GMAW-P焊接质量, 扩大GMAW-P的应用范围有着现实的意义。
关键词：脉冲MIG焊,控制系统,弧长控制
参考文献
[1]殷树言.焊接电孤物理基础讲义[M].哈工大焊接教研室.1982.
[2]刘会杰.脉冲MIG焊熔滴过渡最佳方式的控制[J].金属科学与工艺.1992, 11 (4) :25-27.
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[4]王伟明, 刘嘉, 马德, 等.脉冲焊全数字控制系统[J].焊接学报, 2004, 25 (2) :35-38.
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分流式负压脉冲调制器的设计 篇8
最近二十年左右, 伴随着越来越多的深井、超深井的出现, 不断更新的高强度的钻井设备的出现, 为了提高钻井速度, 减少钻井成本, 负压脉冲射流钻井技术又成为了新的研究热点[1, 2]。目前, 主要是由于负压脉冲射流喷嘴材料的性能满足不了钻井的工艺要求, 所以负压脉冲射流钻井技术在国内仍然还是处在发展的阶段。
一、负压脉冲钻井技术
负压脉冲射流钻井技术的原理是在钻头和钻铤之间连接一个短节——负压脉冲调制器, 将连续流动的钻井液调制成脉冲式流动的钻井液, 这种脉冲式的钻井液流动到钻头喷嘴, 再通过喷嘴流动到井底, 脉冲式的钻井液的压力低于井底周围的压力, 这时在井底的周围的就会产生一个相对的负压。
二、负压脉冲技术提高钻速机理
压持效应会造成已经的破碎的岩屑经行重复破碎, 这样就影响了钻井的速度。鲍格因[3]等人通过对以往的大量实验数据进行分析、处理后指出, 压差与钻速的关系在半对数坐标上可以用直线表示, 其关系式为:
式中Vpc为实际钻速, m/h;Vpc0为零钻压时的钻速, m/h;ΔP为井内液柱压力与地层孔隙压力之差, MPa;β为与岩石性质有关的系数。
从下面两个方面可以分析出为什么使井底的压差降低或使井底出现负压差
能够提高钻井的速度:减轻或消除井底已破碎岩屑的压持效应。降低井底压差时, 会使井底岩石的围压降低, 从而降低了井底岩石的塑性, 降低井底岩石的破碎强度, 因此提高了岩石的破碎效率, 提高了钻井速度。
三、分流式负压脉冲调制器的设计及其工作原理
1. 分流式负压脉冲调制器的设计
由于分流式负压脉冲调制器是放在钻头和钻铤之间的一个小短接, 为了便于同时与钻头和钻铤连接, 我们设计的尺寸要满足钻头和钻铤的配合需要, 我们以八寸半钻头为例设计分流式负压脉冲调制器, 利用参数化设计软件Proe5.0设计出的三维装配图如下图2所示:
根据现场的实际应用情况, 一般与八寸半钻头相配合6 1/4英寸的钻铤, 这种钻铤的外径是158.8mm, 内径71.4mm, 长度9.15或9.45米。根据现场的施工需要以及钻井的安全性我们设计的尺寸必须尽量小一点。我们通过Auto CAD二维制图软件设计出的分流式负压脉冲调制器的二维装配图, 如上图 (图3) 所示:
2. 分流式负压脉冲调制器的工作原理
首先钻井液会进入分流式负压脉冲调制器的腔体中。由于最初设计的负压脉冲调制器的摆阀是偏心的, 所以我们在装配之后, 摆阀下部的左端是贴在腔体的内壁上如上图 (图3) 所示, 当钻井液从钻铤上流下来的时候, 钻井液会冲击摆阀, 给摆阀一个冲量, 于是摆阀就会向负压脉冲调制器的腔体的右侧摆动, 一直到摆动到摆阀右侧贴近负压脉冲调制器腔体的右侧时, 此时, 摆阀就会阻断腔体右侧的钻井液的流动, 使右侧上方的钻井液的压力变大, 在此压力下, 又会使摆阀向腔体的左侧开始摆动, 使摆阀的左侧贴到腔体的左侧, 又回到最初的状态, 这样周而复始。这种井底压力的差别也会更有利于清除井底岩屑。当摆阀在分流式负压脉冲调制器的腔体内不断地摆动的时候, 就会不断地阻止钻井液的流动, 因而引起钻头喷嘴的压力波动, 这样就会使井底两侧分别间断地产生负压, 从而提高钻井速度。分流式负压脉冲调制器的腔体下部还设计了一个隔板, 它的作用是防止腔体内高压钻井液和低压钻井液的混合。
结束语
综上所述, 分流式负压脉冲调制器能在井底产生一个高压区, 一个负压区, 这样可以及时的清除井底的岩屑, 减少“压持效应”, 大幅度的提高机械钻速, 尤其是在深井、超深井的应用效果更佳明显, 可以大幅度的节省钻井的费用, 达到更好的经济效益。
参考文献
[1]杨永印, 沈忠厚, 王瑞和.低压脉冲射流井底欠平衡钻井提高钻速机理分析[J].石油钻探技术, 2002, 30 (5) :15-16.
脉冲控制器 篇9
近些年, 研究者从时域的角度加以研究。文献[3~6]介绍了脉冲发射电路的工作原理, 然而这些设计仍然采用振荡电路和天线部件之间的组合来实现脉冲信号的收发。文献[7~12]则提出了一种基于时变匹配网络和电小天线的脉冲生成方法, 由于整个设计不存在有源电路, 使得最终的输出信号功率较小, 不适于作为脉冲发射机。
文中提出了一种更为简单、小型化、高效率的设计。这种设计不同于传统的脉冲收发系统存在系统部件之间的组合, 而是将电小天线作为振荡电路的一部分参与到LC脉冲振荡的形成, 并通过电小天线向外辐射脉冲信号。最终生成的信号载波频率取决于整个LC电路, 脉冲速率取决于控制信号周期。这样设计的好处在于:将电小天线和脉冲振荡电路一体化设计省去了传统脉冲系统的多部件组合;采用等效模型的方法使得天线可以参与时域电路的设计和分析;采用非常规50Ω的电小天线作为辐射器, 可大幅减小电路实际面积。
1 工作原理
文中提出的开关控制LC振荡脉冲发射电路, 如图1所示。通过提取环形电小天线的等效电路模型, 并将该等效电路作为脉冲振荡参与部件加以设计。脉冲发射电路主要由外接控制电路、负阻生成电路、LC脉冲振荡电路、偏置电路和发射天线构成。在图1所示的基于电小天线的开关LC振荡脉冲发射机中, 外接控制电路由晶体管M3和电阻Rb及外接控制电平Vcontrol组成。外接控制信号电平为高电平时晶体管M3导通给信号电流提供回路;外接控制电平为低电平时晶体管M3不导通无法提供电流回路。负阻生成器主要由M1、M2晶体管差分对构成。外接控制电平为高电平时提供的电流回路使得晶体管差分对此时输入阻抗为负值且大于电路的静态电阻值, 此时电路网络总体为负阻状态, 信号得以按指数规律增长;外接控制电平为低电平时电流回路被阻断, 晶体管差分对此时输入阻抗为正值, 网络总电阻同样表现为正极性, 信号按指数规律衰减。LC脉冲振荡电路中总电感L包含电小天线的等效电感和电路偏置电感, 总电容C则由晶体管的寄生电容和C1、C2共同构成。电路的偏置不采用常规的电阻偏置, 而是由损耗更小的电感L1、L2和L3构成以提高系统能量的利用率。需指出的是, 设计中电小天线作为LC脉冲振荡元件的同时, 其还是整个系统的辐射单元, 将电路产生的脉冲信号向外辐射。
文献[3]中传统型脉冲发射电路相比图1所示等效模型, 其主要区别在于利用电小天线的等效模型参与到脉冲信号的生成。对于一个环形电小天线, 从输入阻抗的变化趋势上看, 其可等效为一个电感和电阻的串联结构, 但文献[12]给出了更精确的环形电小天线等效模型, 如图2所示。
2 电路仿真设计与测试结果
图3给出了贴片环形电小天线的设计。其由环形贴片和地两部分组成。图3中环形贴片是一段闭合曲线包围所形成的图形, 贴片对应的地在图中表现为阴影部分。微带贴片的外围长宽分别为40 mm和38 mm, 贴片缝隙长度L1为11 mm, 宽度W1为4 mm, La长度为3.5 mm。为了更好地衔接后端电路, 该设计在末端增加了两段长L2为3 mm、宽W2为5 mm的馈线段。
为了更好地将环形电小天线参与到电路的设计中, 首先要提取环形电小天线的电路等效模型。文献[12]提出了一种简化的Foster等效模型, 如图2所示。这种简化的Foster等效模型首先接入了一个电感L0和电容C0的并联电路, 且此时的LC谐振发生在电阻曲线的第一零点处, 然后与一个串联RLC电路并联。对应于图3所示的贴片环形电小天线, 其值可取L1=17.8 n H, C1=1 p F, L2=2.6 n H, C2=6.8 p F, Rrad=2 000。图4给出了贴片环形电小天线的输入阻抗HFSS仿真结果与简化Foster等效电路模型的输入阻抗在ADS设计系统中的结果。比较仿真结果发现, 简化的Foster等效模型在频率不超过电阻曲线的第一零点前, 二者基本吻合。
图5则是在此基础上的系统级脉冲发射仿真。脉冲发射电路的外接控制信号高电平幅值为1 V, 低电平电压为0 V, 控制信号脉冲高电平持续时间为15 ns, 脉冲重复周期为100 ns, 脉冲发射电路环形电小天线两端生成的脉冲幅值为3 V, 脉宽为15 ns, 如图5中的V0所示。电小天线辐射电阻两端的脉冲波形如图5中Vrad所示, 其幅值为0.13 V, 脉冲持续时间为15 ns。根据文献[4]中关于能量利用率的定义, 其发射端电路的能量利用率为24.3%。
图6是基于电小天线的开关LC振荡脉冲发射系统的物理实现电路图, 发射机采用双层电路板加以实现。正面包含环形电小天线、控制电路和差分对电路, 电路板背面则包含直流电源和偏置电路。将直流电压和偏置电路与发射端电路分隔, 可尽量减小二者之间的相互影响。实验中外接控制信号由RIGOL DG5352信号发生器输出, 其电压幅值为1.2 V, 周期10 MHz, 脉冲占空比10%的归零信号如图7所示。发射电路由直流电源提供的直流偏置电压Vdd大小为1.4 V。使用Agilent DSO9404多通道示波器辅以单端有源探头1 158 A作为测量设备, 此时环形电小天线两端的差分电压如图7所示, 其峰峰值可为3.8Vpp, 脉宽为10 ns, 其对应的实测能量发射效率15.9%。图7示意波形为另一端天线接收到辐射脉冲, 可观察到接收脉冲信号与噪声电平之间存在显著的区别, 从而验证了一体化设计的可行性。
3 结束语
电磁脉冲武器：从科幻走进现实 篇10
源自美苏氢弹引爆试验 电磁脉冲炸弹的产生源自美苏两国进行的氢弹引爆试验。1963年7月9日，美国在太平洋海岛约翰斯顿岛上空400公里处进行空中核爆试验，距离其数千公里外的檀香山的数百个警报器全部失灵，瓦胡岛的照明变压器全部被烧坏，檀香山与威克岛的远距离短波通信也突然中断。
此外，距离爆炸中心投影点1300公里的夏威夷群岛上，美军的电子通信监视指挥系统也相继失灵，整个岛上防盗警报器响个不停，街灯熄灭，电器被烧毁。甚至连距离爆炸中心5000公里的澳大利亚都受到了影响。无独有偶，苏联进行的相关氢弹爆炸试验也导致数千公里内的电子设备被烧毁，甚至苏军的雷达也被烧坏，通信线路全部中断。
经过数年的研究，人们终于发现，原来氢弹类的原子弹爆炸不仅会产生冲击波、光辐射、核辐射和放射性污染，还会产生电磁脉冲效应。氢弹爆炸产生的密集的α射线和γ射线会从大气中电离出大量高速运动的电子，继而在空中产生强大的电场。在爆炸中心附近几公里内的电场强度可以达到数万伏/米，不断变化的电场又会激励出磁场，瞬间产生的电磁场会以光速传播并产生强大的电磁脉冲，从而导致地面上的电器产生感应电磁场，继而将电子设备烧毁。
今何已转向非核型电磁脉冲武器 非核电磁脉冲武器的机理和打击威力某种程度上不亚于原子弹，但没有核武器那样大规模的杀伤力。
在全球反核浪潮下，军事强国开始了解核弹带来的影响极为可怕，利用核爆产生EMP的破坏效能代价太高，也可能遭到对手的核报复。因此，美国军方也希望找到一种以非核爆形式能得到高能电磁脉冲的方法，最终美国在20世纪80年代后期取得成果，即“高功率微波弹”。
高功率微波弹的主要原理，是以炸药和化学燃料的爆炸能为能源，并用高功率脉冲发生器替代核爆炸产生的局部强力EMP破坏电子设备。这类武器体积小、重量轻，便于携带与投掷，可由飞机、导弹或火箭等载具搭载投射。
早在1985年，美国在制定“战略防御倡议”计划时，就把高功率微波武器列为其空间武器发展的主攻项目，重点研究电磁武器的杀伤机理。1993年美国进行了代号为“竖琴”的电磁脉冲武器试验，通过天线群向电离层发射电磁脉冲，试验成功阻断了通信并摧毁来袭的导弹。
反制装置能帮助进行侦测 那些或许会受到EMP武器攻击的对象，可以凭借反制装置提供的资讯，建立一个快速并且适当的防护方式。尽管在好莱坞电影里，这些EMP武器能造成的破坏力与影响被娱乐效果夸大，但我们不得不注意到，来自德国的弗劳恩霍夫研究所，已经发展出能够抵挡EMP武器的装置。然而，弗劳恩霍夫研究所开发出的装置并不能真正抵挡EMP武器对电子设备的瘫痪效果，它只能侦测EMP攻击的强度、频率和位置。
该装置透过涵盖360度的四个天线，可以探测“各种形式的电磁辐射源”，在保护盒里则是一个用来推断电磁脉冲何时开始与结束的“高频率模组”。电脑则将收集到的资料运算统合出EMP的来源、持续时间以及是哪一种EMP（核能的、非核能的等）。
脉冲电源反应器的模糊控制研究 篇11
应用于污水处理领域的脉冲电源在正常工作时, 其交、直流耦合电路中的反应器应工作于流光放电模式, 以产生强氧化性的低温等离子体。低温等离子体将废水中的污物氧化掉, 进而达到污水处理的目的。
流光放电是一种放电形式, 其形成条件[1]: (1) 在直流电压上叠加上升率大于2×108 V/s的交流电压; (2) 交流电压的峰值大于1 kV。反应器
工作在流光放电模式下时, 通常需要反复调节高压直流电源的电压值、高压交流电源的电压幅值和频率, 使叠加在反应器上的交、直流电压满足流光放电条件。该方式存在两点不足: (1) 无有效的可控量化指标; (2) 调节不准确[2]。为解决上述问题, 本文分析了反应器的工作特性及其实现流光放电的条件, 将流光放电变化率作为可控量化参数, 对具有电压幅频特性为高阶、非线性等特点的反应器进行模糊控制, 并进行仿真及实验。
1 反应器特性分析
用于污水处理的脉冲电源主电路如图1所示, 其中R=1×106Ψ, C=1×10-12 F, C1=5×10-9 F, L1=120×10-3 H, L2=1×10-3 H。
将直流电源作短路处理, 由交流电源单独作用, 这时交、直流耦合电路的等效电路如图2所示。
设a=sL1, b=1/ (sC1) , x=sL2, y=R// (1/ (sC) ) =R/ (RCs+1) , z=x+y= (RCL2s2+sL2+R) / (RCs+1) , 则流过反应器的电流为
反应器两端电压为
令A1=RC1L1s2US2 (s) 、A2=RCC1L1L2s4+C1L1L2s3+ (RCL1+RCL2+RC1L1) s2+ (L1+L2) s+R, 则有
设US2 (t) =100sinωt, 则有
将式 (4) 代入式 (3) 得
式中:B1=100ωRC1L1s2US2 (s) , B2=RCC1L1L2s4+C1L1L2s3+ (RCL1+RCL2+RC1L1) s2+ (L1+L2) s+R] (s2+ω2) 。
将相关参数代入式 (5) 得反应器电压幅频特性曲线, 如图3所示。
由式 (5) 可知, 耦合电路为高阶 (四阶) ;从图3可看出, 反应器电压幅频特性为非线性。而反应器电压幅频特性的高阶、非线性特点适合采用模糊控制方式[4]。
2 流光放电系数的推导
按照流光放电理论, 在满足反应器上直流电压数值要求的前提下, 一个交流周期T内反应器上交流电压上升变化率大于2×108 V/s的时间段与T的比值称为流光放电系数。流光放电系数越大, 则单位交流周期内流光放电时间越长。流光放电系数的大小可明确表征反应器工作在流光放电模式下的实现程度。
流光放电系数作为可控量化指标, 其推导的直接依据是流光放电形成的基本条件, 推导过程如图4所示。
首先计算交流电压上升变化率。设加在反应器两端的交流电压为m交流电压上升率为
按照流光放电的要求, 计算交流电压上升变化率大于2×108 V/s的时间段ts。当Umωcosωt=2×108时, 求得各时间点为
式中:n为偶数, n=0, 2, 4, …。
上升变化率大于2×108 V/s的时间段为
设交流电源的周期为T, 且T=2π/ω, 则流光放电系数ρ为
从式 (10) 可看出, 流光放电系数ρ与反应器交流峰值电压Um及交流电源频率ω呈非线性关系一般来说, 流光放电系数小于0.5。
3 反应器模糊控制策略
3.1 模糊控制的硬件设计
以流光放电系数为可控量化指标的脉冲电源反应器模糊控制策略如图5所示, 其由模糊控制器[3]、拟合、数据转换、直流控制电路、交流控制电路、直流电源主电路、交流电源主电路等功能模块组成。
该反应器模糊控制设计方案选用二维模糊控制器[4], 其输入量为流光放电系数和电源频率, 输出量为反应器电压幅值。交、直流控制电路的作用:反应器电压幅值信号经拟合、数据转换变为交流控制电路的控制信号, 使交流电源主电路输出电压上升变化率大于2×108 V/s的交流电压, 该交流电压经交、直流耦合电路的交流输入端作用在反应器上;直流控制电路使高压直流电源输出大小为US3+1 000α (V) (α为可靠系数, 一般取1～1.2) 的直流电压, 该直流电压经交、直流耦合电路的直流输入端作用在反应器上。
流光放电系数设置在0～0.5, 通过交、直流控制电路的控制, 作用在反应器上的交、直流叠加信号满足流光放电条件, 反应器上流光放电的实际值为流光放电设定值。
3.2 模糊控制的软件实现
软件设计主要是根据生产中的实际数据制定表格, 并进行输入、输出模糊集的设计, 使模糊控制器的输入、输出与表格中数值相符。实际控制过程中交流电源频率和流光放电系数对应的反应器电压幅值如表1所示。
×103 V
表1中的数值很大, 且数值密度很不均匀, 当流光放电系数为0.15～0.4时, 反应器电压幅值较小, 当流光放电系数为0.45时, 反应器电压幅值很大。这决定了模糊控制器输出隶属函数的非对称、不规则特性。
软件设计分为输入模糊集的确定和输出模糊集的确定两部分。
(1) 输入模糊集的确定
输入量交流电源频率的模糊集论域为[14×103, 20×103]。输入模糊集及其相应的各三角隶属函数:SF (电源频率小) , trimf (x, [14×103, 14×103, 17×103]) ;MF (电源频率中) , trimf (x, [14×103, 17×103, 20×103]) ;LF (交流电源频率大) , trimf (x, [14×103, 20×103, 20×103]) 。
输入量流光放电系数的模糊集论域为[0.15, 0.45]。输入模糊集及其相应各三角隶属函数:NR (流光放电系数小) , trimf (y, [0.15, 0.15, 0.3]) ;MR (流光放电系数中) , trimf (y, [0.15, 0.3, 0.45]) ;LR (流光放电系数大) , trimf (y, [0.3, 0.45, 0.45]) 。
(2) 输出模糊集的确定及反应器电压幅值的模糊规则表
采用重心法和最大隶属度法确定各输出三角隶属函数的“二脚一峰”, 并通过Matlab仿真软件对各输出三角隶属函数的“二脚一峰”进行修改、校正。
输出量反应器电压幅值的模糊集论域为[1.8×103, 14.55×103]。输出模糊集及其相应各三角隶属函数:VS (反应器电压幅值较小) , trimf (z, [1.8×103, 1.8×103, 2.2×103]) ;S (反应器电压幅值小) , trimf (z, [1.8×103, 2.55×103, 2.8×103]) ;M (反应器电压幅值中) , trimf (z, [2.1×103, 3.85×103, 10.15×103]) ;L (反应器电压幅值大) , trimf (z, [2.8×103, 10.15×103, 14.55×103]) ;VL (反应器电压幅值较大) , trimf (z, [7.5×103, 14.55×103, 14.55×103]) 。
根据模糊规则的设计标准, 建立反应器电压幅值的模糊规则表, 如表2所示。
4 仿真、实验结果及分析
4.1 仿真结果及分析
在Matlab仿真软件窗口Input中输入交流电源频率x、流光放电系数y, 输出为反应器电压幅值z, 得到的仿真结果如图6所示。
从图6可看出, 流光放电系数、交流电源频率值不同时, 反应器电压幅值与表1一致。
4.2 实验结果及分析
实验主要器件:单片机为PIC16-F877, 驱动芯片为IR2113, 反应器为1×10-7 F, 电容C1=1×10-6 F, 电感L1=1.122 3×10-4 H。
图7为交流电压单独作用时反应器的电压波形, 图8为反应器上交、直流电压叠加波形, 其中横坐标为时间, 单位为1μs/格;纵坐标为电压, 单位为5 V/格。
对比图7、图8可看出, 通过在模糊控制器的输入端设置流光放电系数, 反应器可得到满足流光放电条件的交、直流叠加信号[1]。因此, 将流光放电系数作为可控量化指标的反应器模糊控制策略具有可实现性。
图9为交流电源频率分别为380 Hz、420 Hz时反应器电压幅值波形, 其中横坐标为时间, 单位为4 ms/格;纵坐标为电压, 单位为1 V/格。
从图9可看出, 改变模糊控制器的输入交流电源频率即可改变反应器交流电压幅值的大小。实验结果与反应器电压幅频特性一致[2]。
5 结语
通过分析反应器所在的交、直流耦合电路及其工作条件, 推导出了流光放电系数, 并提出一种将流光放电系数作为可控量化指标对反应器进行模糊控制的方案。该方案不仅克服了反应器交、直流电压控制过程中调节的反复性, 还为反应器在流光放电模式下工作提供了量化可控指标。仿真及实验结果验证了该方案的可行性和有效性。
摘要：脉冲电源应用于污水处理时, 需要反复调节交、直流耦合电路参数才能使反应器工作于流光放电模式。针对该方式存在的无有效可控量化指标及调节不准确问题, 研究了反应器电压幅频特性以及反应器流光放电基本条件, 提出了采用流光放电系数作为可控量化参数对脉冲电源反应器进行模糊控制, 从而得到满足流光放电条件的交、直流叠加信号的方案。仿真及实验结果验证了该方案的可行性和有效性。
关键词：污水处理,脉冲电源,反应器,流光放电,模糊控制
参考文献
[1]王爱国, 姜学东, 胡小吐.低温等离子体污水处理电源的设计[J].电力电子技术, 2009 (2) :44-46.
[2]王兴贵, 李海波, 袁俊.模糊控制高频感应加热电源的设计[J].机电工程技术, 2004 (4) :32-33.
[3]BLUHM H.脉冲功率系统的原理与应用[M].江伟华, 张弛, 译.北京:清华大学出版社, 2008.
[4]刘金琨.智能控制[M].北京:电子工业出版社, 2009.
[5]JOHN V, BUM-SEOK S, LIPO T A.High Performance Active Gate Drive for High-Power IGBTs[J].IEEE Transactions on Industry Applications, 2007 (5) :55-59.