BP神经网络在换热站控制系统中的研究
这是一篇关于换热站,BP神经网络,温度控制,可编程逻辑控制器的论文, 主要内容为换热站是城市供暖系统的重要组成部分,是实现集中供热的关键设施之一。在过去的几十年里,随着城市化进程的不断加快,人们对供暖的需求也越来越高,而换热站作为城市供暖的核心设施之一,承担着重要的使命,具有重要的经济、社会和环境意义。但是由于目前大多数供热系统只能满足基本的取暖需求,难以保证高质量供热。同时换热站控制系统中还存在着调控手段差、相关参数设置不合理、缺乏先进控制等问题。因此对集中供热系统进行深入研究具有重要的意义。本课题以某小区的换热站为控制对象进行研究和分析,根据现场的实际情况和实际需求,以减少能耗、节能环保为出发点,对集中供热系统进行了设计。本文的主要研究内容如下:首先对集中供热系统进行研究和分析,根据控制系统的构成及工作原理对其制定了相应的控制方案;其次通过热力学原理对板式换热器的传热过程进行研究,采用机理分析和系统辨识相结合的方式建立数学模型。换热站控制系统通常采用传统PID进行控制,但由于换热站是一个纯滞后、大惯性和非线性的控制系统。传统PID控制对于非线性控制系统的控制效果无法满足需求,因此本文提出了采用BP(Back Propagation)神经网络优化PID(Proportion Integral Derivative)控制算法,并通过仿真对比证明其具有更好的控制效果。本文的最后部分为换热站控制系统的开发部分,开发了换热站的远程监控系统。本文以西门子S7-1200为依托,对集中供热系统进行设计,其中主要包括了:定点恒压程序设计、二次网供回水压差程序设计和供水温度控制程序设计,其中温度控制程序设计为本文的重点,温度控制程序的设计包含两种控制方式,分别为BP神经网络控制程序和PID控制程序。并在组态王6.55中对换热站监控系统进行开发,实现换热站远程集中管理。
数字集成化量子通信波段纠缠源温度控制系统的研制
这是一篇关于量子纠缠源,温度控制,竞争混合粒子群,STM32F407的论文, 主要内容为量子纠缠源是量子通信领域中的核心资源,纠缠源的获得可通过多种途径,目前制备连续变量量子纠缠的最有效途径之一是利用二阶非线性过程。其中在制备纠缠源过程中,精确控制非线性晶体的温度至关重要,当温控系统无法精确且稳定地使非线性晶体的温度保持在最佳点时,就会导致非线性作用效率下降,纠缠光源品质恶化。因此,本文研制并开发了一款基于竞争混合粒子群(CHPSO)自整定PID算法的量子纠缠源温度控制装置,以更好的控制非线性晶体的温度。本文研究了粒子群算法并对其进行了改进。我们首先对惯性权重进行调整,加强算法的全局搜索能力。然后将混合粒子群与竞争粒子群相结合,精细搜索过程,改进算法后期易陷入局部最优的问题,使PID参数的整定过程更加精准。将优化了的算法应用于量子纠缠源温度控制系统进行仿真,结果表明,CHPSO算法相较GA、PSO和HPSO算法,可以使系统的超调量减小到0.001%,调节时间降低到0.0345s,且多次运行偏差较小,鲁棒性更强。设计并搭建了系统的硬件平台。采用STM32F407为核心芯片,并对系统的电源、数据通信、温度检测、PWM输出等模块进行了设计。温度控制部分采用L298N芯片输出PWM信号控制MOS管的开关状态从而控制流经TEC的电流方向,实现TEC的加热或制冷。同时按照系统的实际需求,对电路的PCB进行了设计,设计分为主板、传感板和接口板。完成了系统BootLoader的开发,确保系统正确启动,并使操作系统或应用程序能够正常工作。同时,Boot Loader支持固件升级,方便之后系统软件的升级与维护。完成温控系统通信协议的设计,协议主要分两部分,第一部分主要完成设备的型号配置;第二部分主要完成上位机控制命令和参数的下发和下位机状态参数、实时温度数据的上传。
数字集成化量子通信波段纠缠源温度控制系统的研制
这是一篇关于量子纠缠源,温度控制,竞争混合粒子群,STM32F407的论文, 主要内容为量子纠缠源是量子通信领域中的核心资源,纠缠源的获得可通过多种途径,目前制备连续变量量子纠缠的最有效途径之一是利用二阶非线性过程。其中在制备纠缠源过程中,精确控制非线性晶体的温度至关重要,当温控系统无法精确且稳定地使非线性晶体的温度保持在最佳点时,就会导致非线性作用效率下降,纠缠光源品质恶化。因此,本文研制并开发了一款基于竞争混合粒子群(CHPSO)自整定PID算法的量子纠缠源温度控制装置,以更好的控制非线性晶体的温度。本文研究了粒子群算法并对其进行了改进。我们首先对惯性权重进行调整,加强算法的全局搜索能力。然后将混合粒子群与竞争粒子群相结合,精细搜索过程,改进算法后期易陷入局部最优的问题,使PID参数的整定过程更加精准。将优化了的算法应用于量子纠缠源温度控制系统进行仿真,结果表明,CHPSO算法相较GA、PSO和HPSO算法,可以使系统的超调量减小到0.001%,调节时间降低到0.0345s,且多次运行偏差较小,鲁棒性更强。设计并搭建了系统的硬件平台。采用STM32F407为核心芯片,并对系统的电源、数据通信、温度检测、PWM输出等模块进行了设计。温度控制部分采用L298N芯片输出PWM信号控制MOS管的开关状态从而控制流经TEC的电流方向,实现TEC的加热或制冷。同时按照系统的实际需求,对电路的PCB进行了设计,设计分为主板、传感板和接口板。完成了系统BootLoader的开发,确保系统正确启动,并使操作系统或应用程序能够正常工作。同时,Boot Loader支持固件升级,方便之后系统软件的升级与维护。完成温控系统通信协议的设计,协议主要分两部分,第一部分主要完成设备的型号配置;第二部分主要完成上位机控制命令和参数的下发和下位机状态参数、实时温度数据的上传。
荧光定量PCR仪热循环温控系统关键技术研究
这是一篇关于半导体制冷片,大功率驱动,温度控制,温度均匀性的论文, 主要内容为荧光定量PCR仪是基于微量DNA片段在体外大量扩增原理——聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction:PCR),经过高温变性、低温退火、延伸温度的热循环(25-45次),结合荧光检测和荧光探针等技术而开发的仪器,简称qPCR仪。荧光定量PCR仪核心技术包括“荧光检测系统”和“热循环温控系统”两个方面,是直接影响基因检测时长和扩增效率的重要因素,也是PCR产品开发技术难点。PCR基因扩增实验,热循环反应时长达一小时以上,扩增效率低假阳性高,对于大量样本检测和传染病防控来说是弊端和缺陷。缩短PCR反应时间、提高扩增效率成为当下研究热点,一般从研发高效荧光试剂以增大荧光效率和优化控温系统以提高检测时间这两个方向入手。本课题研究内容聚焦于:提出一种大功率高效运行的半导体控温电路,针对荧光定量PCR仪热循环系统关键技术进行研究,旨在解决现有热循环控温技术难以满足PCR快速化、高效化和小型化等各种新发展要求的问题。论文主要工作如下:首先,设计并搭建了热循环温控系统平台。依据PCR热反应循环特点,设计各个模块及指标参数,根据控温功率计算对半导体制冷片选型,设计散热方案提高其工作效率,为热循环反应提供良好的实验平台。其次,提出一种基于Buck+H桥的大功率驱动电路,可精确调控温度、提高工作效率、保护并延长TEC使用寿命的半导体制冷片控温电路,解决了其大功率驱动、高效率运行的技术难点。设计总体控制电路,采用PWM脉宽调制技术实现对制冷片加热制冷切换及功率控制,有效地保障了温控系统的高效、可靠、稳定运行。再次,研究控制算法并进行性能分析。根据热循环系统响应特点,建立系统模型辨识,针对系统出现的温度超调和滞后等问题,在传统PID基础上设计模糊PID控制算法并仿真对比,有效提高热循环温度响应和稳定性。仿真分析样品块温度场均匀性,改进并提高了系统的传热效率和减小热量损失,从而得到温度分布均匀的反应模块,有利于提高PCR基因扩增实验效率。本课题对PCR的热循环系统进行深入研究,所设计的热循环系统有效解决了半导体制冷片控温技术难点,具备宽范围、快速变温、高效稳定运行的特点,适用于荧光定量PCR仪的热循环反应,具有较好的市场前景,有利于提高国内PCR仪的市场竞争力。
疏水自润滑柔性电热薄膜及其防除冰温控系统研究
这是一篇关于疏水,电加热薄膜,耦合防/除冰技术,温度控制的论文, 主要内容为低温环境下固体表面的结冰问题严重威胁着生产和生活领域的安全,以飞机机翼为代表的工程表面的结冰现象甚至会造成重大人员安全事故。目前,电热防/除冰技术已被广泛应用在结冰防护领域,但就如何提高传统电热防/除冰技术的通用性和防/除冰效率已引起科研人员的广泛关注。本文基于电热-疏水自润滑耦合防除冰的设计思路,制备出一种柔性疏水自润滑电热防除冰薄膜材料,将其作为电热防/除冰系统的电加热元件,并在风洞中对该薄膜材料应用于飞机机翼模型样板表面所需的防结冰电功率进行了研究。通过与温度传感监测、加热控制等硬件模块进行集成,设计并搭建了一套适用于风洞环境的防除冰温控装置。论文完成的主要工作如下:1、疏水自润滑柔性电热薄膜复合材料的设计与制备。基于聚合物涂层技术设计了一种具有多功能层结构的疏水自润滑柔性电热薄膜材料,确定了各功能涂层涂料的制备方法和覆膜工艺。该薄膜以商用聚酰亚胺膜为基底,以电加热层和疏水自润滑防护层复合涂层材料为功能涂层。各功能涂层分别负责加热、疏水自润滑等功能,共同组建了电热-疏水耦合的防除冰结构。2、疏水自润滑柔性电热薄膜材料的性能实验研究。通过材料测试表征方法对所制备的疏水自润滑柔性电热薄膜的各项性能进行了研究,并通过静态除冰和动态防结冰实验测试了多层结构薄膜疏水/电热协同抗冰和除冰的可能性。与无疏水自润滑防护层的电热薄膜相比,采用多层结构设计方案的疏水自润滑柔性电热薄膜表面的摩擦系数和冰附着强度分别降低了29%和57%。3、机翼测试样板表面防结冰电热功率密度实验模型的确定。基于地面风洞实验台,测试了不同气候环境条件下薄膜电加热升温性能的差异,在风洞环境中研究了机翼测试样板其表面不同区域因对流换热所造成的能量耗散方面的差异,对疏水自润滑柔性电热薄膜材料应用于机翼样板表面在不同结冰环境下要求的防结冰电加热功率进行了测试,并根据测试数据建立了机翼测试样板表面防结冰电加热功率密度的实验模型。4、薄膜防除冰温度监测与加热控制装置的搭建与实验测试。针对某型飞机机翼测试样板的结冰防护要求设计了温控系统的组成,完成了硬件模块的选型、温度监测与加热控制逻辑及其程序的搭建,并在风洞中对装置的温度监测功能和加热控制功能进行了简单测试。本研究中设计制备的疏水自润滑柔性电热薄膜材料可以直接贴附于飞机机翼等复杂曲面表面之上,对于防/除冰系统能耗的降低作出了实际贡献。疏水-电热耦合的多功能层结构设计方案对于其他功能涂层材料的设计与开发具有参考意义。
BP神经网络在换热站控制系统中的研究
这是一篇关于换热站,BP神经网络,温度控制,可编程逻辑控制器的论文, 主要内容为换热站是城市供暖系统的重要组成部分,是实现集中供热的关键设施之一。在过去的几十年里,随着城市化进程的不断加快,人们对供暖的需求也越来越高,而换热站作为城市供暖的核心设施之一,承担着重要的使命,具有重要的经济、社会和环境意义。但是由于目前大多数供热系统只能满足基本的取暖需求,难以保证高质量供热。同时换热站控制系统中还存在着调控手段差、相关参数设置不合理、缺乏先进控制等问题。因此对集中供热系统进行深入研究具有重要的意义。本课题以某小区的换热站为控制对象进行研究和分析,根据现场的实际情况和实际需求,以减少能耗、节能环保为出发点,对集中供热系统进行了设计。本文的主要研究内容如下:首先对集中供热系统进行研究和分析,根据控制系统的构成及工作原理对其制定了相应的控制方案;其次通过热力学原理对板式换热器的传热过程进行研究,采用机理分析和系统辨识相结合的方式建立数学模型。换热站控制系统通常采用传统PID进行控制,但由于换热站是一个纯滞后、大惯性和非线性的控制系统。传统PID控制对于非线性控制系统的控制效果无法满足需求,因此本文提出了采用BP(Back Propagation)神经网络优化PID(Proportion Integral Derivative)控制算法,并通过仿真对比证明其具有更好的控制效果。本文的最后部分为换热站控制系统的开发部分,开发了换热站的远程监控系统。本文以西门子S7-1200为依托,对集中供热系统进行设计,其中主要包括了:定点恒压程序设计、二次网供回水压差程序设计和供水温度控制程序设计,其中温度控制程序设计为本文的重点,温度控制程序的设计包含两种控制方式,分别为BP神经网络控制程序和PID控制程序。并在组态王6.55中对换热站监控系统进行开发,实现换热站远程集中管理。
时间间隔温度控制技术用于磁热消融肿瘤的实验研究
这是一篇关于可注射性凝胶,磁热消融,PLGA-Fe3O4,温度控制,三维超声,超声造影,乳腺癌,磁热治疗的论文, 主要内容为第一部分:聚乳酸-羟基乙酸共聚物-Fe3O4的制备及体外加热实验目的 制备一种超声可视的、可注射、可发生液固相变的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)-Fe3O4,检测其一般物理性质,并对其体外连续性加热和间断性加热两种不同加热方式下的产热结果进行研究。方法 将Fe3O4纳米粒与PLGA粉末、NMP以不同比例进行混合,分别制备成含有10、20、30%Fe3O4的PLGA液体凝胶。采用扫描电镜及能量弥散X射线谱观察PLGA-20%Fe3O4的超微结构和元素分布情况,室温下使用综合物性测量系统评估Fe3O4纳米粒及PLGA-20%Fe3O4的磁性能。将液态PLGA-Fe3O4注射入PBS中,肉眼观察其液固相变的过程。将不同比例、不同体积的PLGA-Fe3O4放入交变磁场中,对其体外连续性加热特性进行研究;选择最佳比例和最佳体积的PLGA-Fe3O4再进行间隔性加热,观察产热结果。结果 肉眼观察PLGA-20%Fe3O4凝胶呈不透明黑色胶体,扫描电镜下呈表面粗糙的水泥样结构。元素分析图显示C、O、Fe元素都能较均匀地分布在材料中。Fe3O4纳米粒与PLGA-Fe3O4均为铁磁性物质,其磁饱和强度分别为73、43emug-1。液体PLGA-Fe3O4凝胶能够顺利地通过注射器注射到PBS中,并迅速固化、沉淀,无崩解、溃散现象;磁性PLGA-Fe3O4能够在体外产热,其温度与铁质量分数、时间和材料总剂量呈正比,最终选定60μL PLGA-20%Fe3O4作为最佳用量进行后续实验;60μL PLGA-20%Fe3O4间断性加热时在110s温度达最高,即45.65±1.63℃,此后波动范围仅为2.87±1.08℃。间断性加热时间从1min到5 min时,牛肝的消融面积分别为1.14±0.16到4.84±0.17cm2。结论本实验成功制备出可注射、可相变的聚乳酸-羟基乙酸共聚物-Fe3O4,Fe3O4纳米粒在PLGA中分布较均匀,该材料磁饱和强度高,产热效率高,温度控制效果好,为进一步体内治疗肿瘤打下了坚实的基础。第二部分:超声可视性PLGA-Fe3O4体内磁热消融肿瘤实验研究目的 比较PLGA-Fe3O4间断性加热和连续性加热消融裸鼠移植瘤的效果。方法 PLGA-Fe3O4的制备方法同上;建立荷载MDA-MB-231乳腺癌的裸鼠模型,分为间断加热组、连续加热组和空白对照组。在超声引导下将60μL PLGA-20%Fe3O4注入肿瘤内部,注射后对裸鼠分别进行计算机断层扫描和三维超声扫查材料的位置和形状,再放入交变磁场中间断性和连续性加热,红外成像仪检测裸鼠肿瘤的温度。消融前后分别对裸鼠肿瘤进行超声造影检查,最后观察裸鼠生长情况、肿瘤大体和病理解剖学形态进行研究,未采用任何治疗的负瘤裸鼠作为空白对照组。结果 当裸鼠的肿瘤体积达0.453±0.109 cm3时可用于进一步实验;60μL PLGA-20%Fe3O4在超声引导下能够精确地注射入肿瘤内部,计算机断层和三维超声扫描结果显示材料被限制于肿瘤内部,无材料泄露,且三维超声提示材料未见明显形变;间断性加热条件下,在40s时肿瘤温度为55.53±0.50℃,此后的波动范围为6.45±1.34℃。而连续性加热80 s时,肿瘤温度超过90℃。消融前瘤内血供丰富,造影剂完全充填,消融后未探及明显血流信号,无造影剂进入。间断性加热组的裸鼠在治疗后皮肤完好,在消融后第14天时,肿瘤形成的结痂脱落,而连续性加热组裸鼠治疗后,皮肤出现明显红肿、溃烂,材料脱落。HE染色结果示消融组的肿瘤细胞均发生了明显的凝固性坏死,而空白对照组小鼠肿瘤体积逐渐增大,病理切片上未见明显肿瘤坏死。结论 间断性加热和连续性加热均能有效地消融裸鼠移植瘤。但是间断性加热比连续性加热效果温和,更适用于磁热消融的临床治疗。
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