[發明專利]一種利用空化強度反饋的超聲分散控制裝置

有效

• 申請號: 201710133364.0
• 申請日: 2017-03-08
• 公開（公告）號: CN106950832B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 孔亞廣;劉威;張旭
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;B01J19/10;B06B1/02
• 代理公司: 33240 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 杜軍

本發明公開了一種利用空化強度反饋的超聲分散控制裝置及方法，其中裝置部分，包括控制器、超聲波電源、超聲空化強度測量儀、換能器和超聲振子；所述的控制器的控制信號端與超聲波電源的控制信號輸入端連接，超聲波電源的電源輸出端與每個換能器的電源輸入端連接，每個換能器的信號輸出端接超聲振動子，超聲振動子插入到化學超聲反應釜中，超聲空化強度測量儀設置在化學超聲反應釜中，化學超聲反應釜的信號輸出端接控制器的信號輸入端；本發明更能適應工業現場負荷變化大、干擾多的特點，具有控制效果好，輸出產量穩定等優點。同時本技術具有設計合理、操作簡單、可靠性高、效率高等優點。

技術領域

本發明屬于超聲波領域，具體涉及一種利用空化強度反饋的超聲分散控制方法。

背景技術

近年來，聲化學在諸如中藥提取、礦漿浸取、液體處理、分散、乳化等領域有著廣泛的應用。國內外的研究成果表明，超聲振動系統的頻率、振幅、作用時間、作用周期等對聲化學的效果有著極大的影響，聲化學的空化效果存在著一個最佳的工作狀態。此外工業現場的溫度、流量、液位、濃度、壓力、成份等參數均存在較大的不確定性，以及國內在超聲振動材料上存在的工藝穩定性差等問題，傳統的聲化學控制過程由操作員一次設定超聲電源的振幅控制值，并沒有與聲化學實際控制效果構成反饋，很容易造成能源浪費或產率不穩；且所采用的控制策略無法適應現場負荷變化大的現象，容易造成功率控制不穩定、空化效果波動劇烈等情況，從而導致產品質量不穩定，難以充分發揮聲化學的效果。

目前在聲化學控制系統中，其控制模式基本采取如圖2(a)、圖2(b)所示的方式，一般進行的均是與反應指標無關的、開環的、粗放式的控制方案。其主要原因為：1)沒有直接的產額檢測方法；2) 即便是可以通過檢測反應裝置的聲場分布來間接的反映產額，現有的超聲振動系統也沒有形成閉環的控制方案；仍然集中在超聲振動系統自身的振幅控制上；3)現有的超聲振動系統在振幅的閉環控制策略也比較粗放，控制精度低。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出了一種利用空化強度反饋的超聲分散控制裝置及方法；

一種利用空化強度反饋的超聲分散控制裝置，包括控制器、超聲波電源、超聲空化強度測量儀、換能器和超聲振動子；

所述的控制器的控制信號端與超聲波電源的控制信號輸入端連接，超聲波電源的電源輸出端與每個換能器的電源輸入端連接，每個換能器的信號輸出端接超聲振動子，超聲振動子插入到化學超聲反應釜中，超聲空化強度測量儀設置在化學超聲反應釜中，化學超聲反應釜的信號輸出端接控制器的信號輸入端；

一種利用空化強度反饋的超聲分散控制方法，該方法具體包括以下步驟：

步驟一：超聲波空化強度檢測儀基于水聽器的方法進行空化強度的檢測，超聲波空化強度測量儀將檢測出的超聲空化強度作為外環反饋信號提供給控制器。

步驟二：控制器基于如下控制算法進行運算，輸出設定振幅信號 Asp給驅動電源。

E₀＝f(R)-H

Asp＝Kp₀*E₀+Ki₀*Sum(E₀)

其中R為功率超聲系統所希望的產率，f為基于離線方式獲取的產率與空化強度的關系函數，H為上述的外環反饋信號。Kp₀為比例系數，Ki₀為積分系數。sum(x)為過去一段時間內x的累積和函數，E₀為空化強度偏差，Sum(E₀)為過去一段時間內E₀的累積和。

步驟三：超聲驅動電源接收來自控制器的振幅設定信號以及來自換能器的電流反饋和相位反饋信號，依照如下控制算法輸出驅動電壓的幅值和頻率。

頻率控制算法如下：