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空气分析预浓缩仪控制系统的设计

许晓晖  
【摘要】: 本文研究并设计完成了空气分析预浓缩仪的控制系统。预浓缩仪运用化学原理结合电子控制,将进样气体的各个化学成分进行浓缩分离,然后分析其组成成分。本课题对此仪器的嵌入式控制系统的设计研究主要内容包括: 分析仪器的整体组成结构。了解其结构是由控制系统和气路部件组成,并且分析控制系统的功能需求,和被控对象的特性。 根据化学分析方法的要求,对控制系统进行整体设计,并按功能将系统划分成完成不同任务的模块,确定各模块之间的协作关系。然后分别描述每一个模块各自需要完成的功能,并阐述它们的设计过程。控制系统的主要设计内容包括:核心处理器的选择和应用,CPLD的应用开发,精确控温的实现方法,对气路中所有部件的控制接口的设计和通讯接口的设计。 主要解决如何提升精确控温系统的温控性能问题。其中包括两个重点内容:一是针对大幅升温时出现的严重冲温问题,提出了在控制算法中使用指数曲线引导升温过程的方法。二是针对温度控制进入平衡态后稳态误差过大的问题,提出了在控制执行系统中使用工频同步、功率波切分的精确能量控制方法。并对这两个方法对改善控温性能起到的作用进行测试,取得了符合设计指标的测试结果。 最后,设计了控制系统预与计算机上运行的监控软件间的通讯命令。在完成了嵌入式控制系统和精确控温系统的设计的基础上,对计算机上运行的监控软件的功能做了详细的描述,并且在末尾展示了原型样机的工作情况。


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