CN117588736B - 一种压电式高温水蒸气发生器控制***及方法 - Google Patents
一种压电式高温水蒸气发生器控制***及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117588736B CN117588736B CN202410071384.XA CN202410071384A CN117588736B CN 117588736 B CN117588736 B CN 117588736B CN 202410071384 A CN202410071384 A CN 202410071384A CN 117588736 B CN117588736 B CN 117588736B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- control system
- mass flow
- storage tank
- water storage
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 54
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 123
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 53
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims abstract description 39
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 38
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 26
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 23
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 18
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 17
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 13
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 10
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 10
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 8
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 5
- 230000011664 signaling Effects 0.000 claims description 5
- 238000013404 process transfer Methods 0.000 claims description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 abstract description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 56
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 3
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 210000000476 body water Anatomy 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000011344 liquid material Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B35/00—Control systems for steam boilers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
- F22B1/22—Methods of steam generation characterised by form of heating method using combustion under pressure substantially exceeding atmospheric pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
- F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
- F22B37/38—Determining or indicating operating conditions in steam boilers, e.g. monitoring direction or rate of water flow through water tubes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
本发明提供了一种压电式高温水蒸气发生器控制***及方法，包括：水路控制***、加热***和流量控制***；水路控制***对流入或流出加热***内部的液体进行控制；加热***包括蓄水罐和质量流量控制器，蓄水罐对内部的液体进行加热产生气体，质量流量控制器对所述蓄水罐产生的气体的质量和/或流量进行检测；流量控制***基于接收到的电信号获取质量流量控制器检测到的气体流量，基于气体流量结合PID控制算法和自适应补偿算法控制质量流量控制器输出的气体流量。在质量流量控制器常规控制算法的基础上加入自适应补偿部分，当罐体中的蒸馏水被加热汽化导致质量流量控制器进气口压力发生波动时，自适应补偿部分能够自动调整控制参数，克服外界扰动。
Description
技术领域
本发明涉及气化器技术领域，具体涉及一种压电式高温水蒸气发生器控制***及方法。
背景技术
半导体行业很多关键工艺需要将液体转化为气体，并对气体流量进行精密控制。气化是从液相到气相的相变，因此，气化器是一种将液体材料转换为气态的***，气化方式有许多种方式，但现在的气化器都有以下几个共同的特点：提高温度或降低液体的环境压力；采用封闭式***来捕获和控制蒸汽流量；利用反馈与控制回路***来规范汽化速率。针对半导体行业中的一些关键工艺过程，比如硅半导体后金属刻蚀工艺、硅半导体金属带材工艺、在低于大气压的环境中超高纯增湿等，均会采用一种超高纯度去离子水蒸汽输送模块来实现工艺需求。市场上广泛采用的蒸汽输送模块，是通过加热蓄水容器，在非过热阶段产生水蒸汽，经过电磁驱动质量流量控制器控制水蒸汽的质量流量。该方案采用电磁驱动方案，主要缺陷为能耗大、响应慢、体积大。加热***工作时，水罐加热部分将蓄水罐中的蒸馏水加热气化产生水蒸气，由于蓄水罐是密闭容器，加热气化过程会导致管内气压发生变化，影响质量流量控制器进气口压力，导致控制不稳定，输出的水蒸气流量发生周期性剧烈波动。另一方面，质量流量控制器加热部分产生的高温会增大热式流量计采样噪声，进而增大稳态时的水蒸气流量抖动。现有汽化器的控制算法部分没有对这种现象做补偿，存在控制不稳定的缺陷。上述问题是目前亟待解决的。
发明内容
本发明要克服现有技术的上述至少一个缺点，一方面，提供了一种压电式高温水蒸气发生器控制***，所述***包括：水路控制***、加热***和流量控制***；所述水路控制***包括进水隔离阀和排水隔离阀，用于对流入或流出加热***内部的液体进行控制；所述加热***包括蓄水罐和质量流量控制器，所述蓄水罐的排气口与所述质量流量控制器的进气口相连，所述蓄水罐用于对内部的液体进行加热产生气体，所述质量流量控制器用于对所述蓄水罐产生的气体的质量和/或流量进行检测，并基于检测结果生成电信号发送至所述流量控制***；所述流量控制***中集成有基础控制器和自适应补偿控制器，所述基础控制器中集成有PID控制算法，所述自适应补偿控制器中集成有自适应补偿算法，用于基于接收到的电信号获取质量流量控制器检测到的气体流量，基于所述气体流量结合PID控制算法和自适应补偿算法控制所述质量流量控制器输出的气体流量；所述自适应补偿算法包括：接收气体控制误差，经过模糊化、模糊推理、清晰化后得到PID控制器三个参数的变化量，与原始控制参数相加得到新控制参数，基于所述新控制参数生成与之对应的控制指令用于控制所述质量流量控制器输出的气体流量。
进一步的，所述蓄水罐内部置有液位器，用于对所述蓄水罐中的水位进行监测；所述进水隔离阀和排水隔离阀基于所述液位器的监测结果控制流入或流出所述蓄水罐内的液体。
进一步的，所述蓄水罐内部置有温度传感器，用于监测所述蓄水罐内部温度；所述蓄水罐外部置有加热片，用于对蓄水罐内部的液体进行加热；所述温度传感器和加热片与所述流量控制***电连接，所述流量控制***用于基于接收到的温度传感器发送的电信号控制所述加热片的加热温度。
进一步的，所述质量流量控制器外部置有加热片，用于使所述质量流量控制器的温度高于所述蓄水罐的温度。
进一步的，所述液位器与所述流量控制***电连接，所述水路控制***与所述流量控制***电连接，所述流量控制***基于接收到的液位器发送的电信号控制所述水路控制***。
进一步的，所述质量流量控制器包括压电驱动组件和热式质量流量传感器，所述热式质量流量传感器与所述流量控制***电连接，所述流量控制***用于基于接收到的所述热式质量流量传感器发送的电信号采用PID控制算法和自适应补偿算法生成与之对应的控制指令控制所述质量流量传感器输出的气体流量。
进一步的，所述压电驱动组件包括压电陶瓷、陶瓷保护壳、阀门密封件、上分气座、下分气座和阀体，所述陶瓷保护壳设置在压电陶瓷外部，所述阀门密封件与压电陶瓷固定连接，所述阀门密封件设置在所述上分气座的顶部，所述下分气座与上分气座连通，所述阀体内部气体通道与下分气座连通。
进一步的，所述流量控制***还集成有滤波器，所述滤波器中集成有线性卡尔曼滤波算法，所述滤波器用于当所述质量流量控制器输出的气体流量达到稳态后，采用线性卡尔曼算法对流量值进行滤波处理。
进一步的，所述线性卡尔曼滤波算法包括：生成状态方程：；
式中，是传感器在/>时刻的状态量，/>表示传感器输入，/>表示过程噪声，分别是过程转移矩阵和输入矩阵；
进行噪声协方差矩阵的更新：；
式中，是/>时刻的状态协方差矩阵，/>是/>时刻的状态协方差矩阵，/>表示噪声协方差矩阵；
生成测量方程：；
式中，是/>时刻的传感器测量值，/>表示测量矩阵，/>是/>时刻的测量噪音；
计算卡尔曼增益：；
式中，是测量噪音协方差；
根据卡尔曼增益更新状态方程和协方差矩阵：
；式中，/>表示单位矩阵。
第二方面，本发明提供了一种压电式高温水蒸气发生器控制方法，所述压电式高温水蒸气发生器包括蓄水罐和质量流量控制器，所述方法包括：蓄水罐内部存储的液体经过加热产生气体；所述气体由质量流量控制器的进气口流入所述质量流量控制器中；质量流量控制器中的热式质量流量传感器检测到流入的气体的流量；对所述气体流量通过采用PID控制算法和自适应补偿算法控制所述质量流量传感器输出的气体流量。
又一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有一个或一个以上的指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述的压电式高温水蒸气发生器控制方法。
再一方面，本发明提供了一种电子设备，包括：存储器和处理器；所述存储器中存储有至少一条程序指令；所述处理器通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现上述的压电式高温水蒸气发生器控制方法。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种压电式高温水蒸气发生器控制***，所述***包括：水路控制***、加热***和流量控制***；所述水路控制***对流入或流出加热***内部的液体进行控制；加热***包括蓄水罐和质量流量控制器，蓄水罐用于对内部的液体进行加热产生气体，质量流量控制器用于对所述蓄水罐产生的气体的质量和/或流量进行检测，并基于检测结果生成电信号发送至所述流量控制***；流量控制***用于基于接收到的电信号获取质量流量控制器检测到的气体流量，基于所述气体流量结合PID控制算法和自适应补偿算法控制所述质量流量控制器输出的气体流量。本发明在质量流量控制器常规控制算法的基础上加入自适应补偿部分，当罐体中的蒸馏水被加热汽化导致质量流量控制器进气口压力发生波动时，自适应补偿部分能够自动调整控制参数，克服外界扰动。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例所提供的一种压电式高温水蒸气发生器控制***结构示意图。
图2是本发明实施例所提供的一种质量流量控制器结构示意图。
图3a是本发明实施例所提供的流量控制***中集成的自适应补偿算法原理框图。
图3b是本发明实施例所提供的自适应补偿算法原理框图。
图4是本发明实施例所提供的隶属度函数示意图。
图5是本发明实施例所提供的控制参数的变化曲面示意图。
图6a是本发明实施例所提供的优化前的气体流量示意图。
图6b是本发明实施例所提供的的基于自适应补偿算法优化后气体流量。
图7a是本发明实施例所提供的优化前的频率频域分布示意图。
图7b是本发明实施例所提供的基于线性卡尔曼算法优化后频域频率分布示意图。
图8是本发明实施例所提供的一种压电式高温水蒸气发生器控制方法流程图。
图9是本发明实施例所提供的电子设备的部分框图。
附图标记如下：水路控制***-1；加热***-2；流量控制***-3；进水隔离阀-11；排水隔离阀-12；蓄水罐-21；质量流量控制器-22；基础控制器-31；自适应补偿控制器-32；滤波器-33；液位器-211；温度传感器-212；第二加热片-213；第一加热片-221；热式质量流量传感器-222；压电驱动组件-223；压电陶瓷-2231；陶瓷保护壳-2232；阀门密封件-2233；上分气座-2234；下分气座-2235；阀体-2236。
具体实施方式
在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
应当理解的是，虽然在这里可能使用了术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元，但是这些单元不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一单元可以被称为第二单元，并且类似地第二单元可以被称为第一单元。这里所使用的术语“和/或”包括其中一个或更多所列出的相关联项目的任意和所有组合。
现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
为了便于后续理解，在此处阐述本发明的整体发明构思：
本发明提出一种压电式高温水蒸气发生器控制***，所述***包括：水路控制***、加热***和流量控制***；水路控制***对流入或流出加热***内部的液体进行控制；加热***包括蓄水罐和质量流量控制器，蓄水罐用于对内部的液体进行加热产生气体，质量流量控制器用于对所述蓄水罐产生的气体的质量和/或流量进行检测，并基于检测结果生成电信号发送至所述流量控制***；流量控制***用于基于接收到的电信号获取质量流量控制器检测到的气体流量，基于所述气体流量结合PID控制算法和自适应补偿算法控制所述质量流量控制器输出的气体流量。在质量流量控制器常规控制算法的基础上加入自适应补偿部分，当罐体中的蒸馏水被加热汽化导致质量流量控制器进气口压力发生波动时，自适应补偿部分能够自动调整控制参数，克服外界扰动。
具体实施例如下：
如图1所示，为本发明提供的一种压电式高温水蒸气发生器控制***结构示意图。
作为示例，所述***包括：水路控制***1、加热***2和流量控制***3；所述水路控制***1包括进水隔离阀11和排水隔离阀12，用于对流入或流出加热***2内部的液体进行控制；所述加热***2包括蓄水罐21和质量流量控制器22，所述蓄水罐21的排气口与所述质量流量控制器22的进气口相连，所述蓄水罐21用于对内部的液体进行加热产生气体，所述质量流量控制器22用于对所述蓄水罐21产生的气体的质量和/或流量进行检测，并基于检测结果生成电信号发送至所述流量控制***3；所述流量控制***3中集成有基础控制器31和自适应补偿控制器32，所述基础控制器31中集成有PID控制算法，所述自适应补偿控制器32中集成有自适应补偿算法，用于基于接收到的电信号获取质量流量控制器22检测到的气体流量，基于所述气体流量结合PID控制算法和自适应补偿算法控制所述质量流量控制器22输出的气体流量；所述自适应补偿算法包括：接收气体控制误差，经过模糊化、模糊推理、清晰化后得到PID控制器三个参数的变化量，与原始控制参数相加得到新控制参数，基于所述新控制参数生成与之对应的控制指令用于控制所述质量流量控制器输出的气体流量，其中，所述原始控制参数为MFC设备出厂时下发的初始控制参数。
优选的，所述蓄水罐21内部置有液位器211，用于对所述蓄水罐21中的水位进行监测；所述进水隔离阀11和排水隔离阀12基于所述液位器211的监测结果控制流入或流出所述蓄水罐21内的液体。
优选的，所述液位器211与所述流量控制***3电连接，所述水路控制***1与所述流量控制***3电连接，所述流量控制***3基于接收到的液位器211发送的电信号控制所述水路控制***1。具体地，液位器211用于对蓄水罐21中的水位进行监测，当蓄水罐21内部的水位高于预设的水位值时，向流量控制***3发送电信号，流量控制***3基于接收到的电信号向排水隔离阀12发送控制指令，使所述排水隔离阀12打开，对蓄水罐21中的水进行排放，直至蓄水罐21内部的水位达到预设的水位值时，流量控制***3控制排水隔离阀12关闭，停止排放。这样通过流量控制***闭环控制水路控制***1可以有效的保证蓄水罐21内部的水量处于预设的范围内，避免蓄水罐内部的水位过高或过低对后续的工作造成影响。
优选的，所述蓄水罐21内部置有温度传感器212，用于监测所述蓄水罐内部温度；所述蓄水罐外部置有第二加热片213，用于对蓄水罐内部的液体进行加热；所述温度传感器212和第二加热片213与所述流量控制***3电连接，所述流量控制***3用于基于接收到的温度传感器212发送的电信号控制所述第二加热片213的加热温度。
优选的，所述质量流量控制器22外部置有第一加热片221，用于使所述质量流量控制器22的温度高于所述蓄水罐21的温度。也即质量流量控制器22加热温度略高于蓄水罐21的加热温度，这样可以防止水蒸汽在从蓄水罐21向质量流量控制器22输送过程中发生冷凝回流现象。
优选的，结合图2，所述质量流量控制器22包括压电驱动组件223和热式质量流量传感器222，所述热式质量流量传感器与所述流量控制***电连接，所述流量控制***3用于基于接收到的所述热式质量流量传感器222发送的电信号采用PID控制算法和自适应补偿算法生成与之对应的控制指令控制所述质量流量传感器输出的气体流量。所述压电驱动组件223包括压电陶瓷2231、陶瓷保护壳2232、阀门密封件2233、上分气座2234、下分气座2235和阀体2236，所述陶瓷保护壳2232设置在压电陶瓷2231外部，所述阀门密封件2233与压电陶瓷2231固定连接，所述阀门密封件2233设置在所述上分气座2234的顶部，所述下分气座2235与上分气座2234连通，所述阀体2236内部气体通道与下分气座连通。
具体地，质量流量控制器22工作原理为：当用户给定流量设定值后，质量流量控制器控制程序监测到流量传感器反馈值为0，程序控制压电陶瓷动作，将阀门密封件打开，水蒸汽从左端进入阀体，其中一小部分蒸汽通过毛细管进入热式质量流量传感器进行流量监测，另一部分从通过阀体内部流道进入下分气座、上分气座，通过阀门密封件与上分气座间隙进入阀体出口流道。当质量流量控制器控制程序监测到流量传感器反馈值到达了用户设定的目标值后，压电陶瓷停止动作保持开启状态，持续输出相应流量的水蒸汽。
优选的，结合图3a-3b，流量控制***3中集成的控制器包括基础控制器(basecontroller)和自适应补偿控制器(Adaptive Correction)。基础控制器部分采用常规PID控制算法，自适应补偿控制器中采用自适应补偿算法，由于PID控制算法在现有技术中已经非常成熟，因此在此处不做赘述。自适应补偿算法包括：接收水蒸气控制误差，经过模糊化、模糊推理、清晰化后得到PID控制器三个参数的变化量，与原始控制参数相加即可得到新控制参数。
自适应补偿算法中包含以下三个部分：模糊化：将数字量的控制误差描述为自然语言，例如正大、负大，用隶属度表示数字量误差隶属自然语言的程序，例如控制误差-50对“正大”的隶属度为0.1，对“负大”的隶属度为0.9，隶属度的计算由隶属度函数完成。其中，水蒸气控制误差和原始控制参数可以由相关技术人员基于实际需求对其进行设置，在此处对其数值不做限制。
模糊推理：根据模糊规则确定输出多少。模糊规则由一系列如果...，则...描述，例如一条模糊规则可以描述为，如果误差负大，则正大。
清晰化：将模糊推理得到的自然语言描述的输出通过函数解模糊为数字量表示的输出。也即，自适应部分采用水蒸气控制误差及其导数/>作为输入，选择自然语言模糊集为：{负大NB、负中NM、负小NS、零ZE或ZO、正小PS、正中PM、正大PB}，采用线性三角隶属度函数（如图4所示）。
具体地，模糊推理规则共条，如下（部分省略）：
If (e is NB) and (ec is NB) then (kp is PB)(ki is NB)(kd is PS)；
If (e is NB) and (ec is NM) then (kp is PB)(ki is NB)(kd is NS)；
If (e is NB) and (ec is NS) then (kp is PM)(ki is NM)(kd is NB)；
If (e is NB) and (ec is Z) then (kp is PM)(ki is NM)(kd is NB)；
If (e is NB) and (ec is PS) then (kp is PS)(ki is NS)(kd is NB)；
If (e is NB) and (ec is PM) then (kp is Z)(ki is Z)(kd is NM)；
If (e is NB) and (ec is PB) then (kp is Z)(ki is Z)(kd is PS)；
If (e is NM) and (ec is NB) then (kp is PB)(ki is NB)(kd is PS)。
解模糊采用重心法。经过以上得到的控制参数的变化曲面如图5所示。
优选的，所述流量控制***3还集成有滤波器33，所述滤波器33中集成有线性卡尔曼滤波算法，所述滤波器33用于当所述质量流量控制器22输出的气体流量达到稳态后，采用线性卡尔曼算法对流量值进行滤波处理。所述线性卡尔曼滤波算法包括：生成状态方程：；式中，/>是传感器在k时刻的状态量，/>表示传感器输入，表示过程噪声，/>分别是过程转移矩阵和输入矩阵；进行噪声协方差矩阵的更新：；式中，/>是/>时刻的状态协方差矩阵，/>是/>时刻的状态协方差矩阵，/>表示噪声协方差矩阵；生成测量方程：/>；式中，/>是/>时刻的传感器测量值，/>表示测量矩阵，/>是/>时刻的测量噪音；计算卡尔曼增益：；式中，R是测量噪音协方差；根据卡尔曼增益更新状态方程和协方差矩阵：/>。
优选的，如图6a-6b所示，为自适应补偿算法优化前后水蒸气流量对比示意图，可以得到在自适应补偿算法优化前，罐体补水和沸腾时均会出现1%f.s.左右的波动，控制不稳定，影响实际使用效果。在自适应补偿算法优化后，罐体产生气压波动时，流量无明显波动，控制稳定。
优选的，如图7a-7b所示，为优化前后频率频域示意图。测量稳定状态下一段时间内的水蒸气流量，可以发现改进后的滤波算法的不同频率噪声对应的幅值较优化前小，说明改进后的水蒸气测量噪声更小，控制更稳定。
本发明上述实施例通过采用先进压电控制技术，使得阀门响应快、能耗低、响应快。通过采用双加热***，使得温度控制效率提高。当罐体中的蒸馏水被加热汽化导致质量流量控制器进气口压力发生波动时，通过采用自适应补偿部分能够自动调整控制参数，克服外界扰动。在水蒸气控制进入稳态时，采用线性卡尔曼算法对流量值进行滤波处理，保证控制的稳定性。
实施例2
请参阅图8，本实施例提供了一种压电式高温水蒸气发生器控制方法流程图。
作为示例，所述压电式高温水蒸气发生器包括蓄水罐和质量流量控制器，所述方法包括：
S810：蓄水罐内部存储的液体经过加热产生气体。
S820：所述气体由质量流量控制器的进气口流入所述质量流量控制器中。
S830：质量流量控制器中的热式质量流量传感器检测到流入的气体的流量。
S840：对所述气体流量通过采用PID控制算法和自适应补偿算法控制所述质量流量传感器输出的气体流量。
实施例3
本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有压电式高温水蒸气发生器控制方法，所述压电式高温水蒸气发生器控制程序被处理器执行时实现如上文所述的压电式高温水蒸气发生器控制方法的步骤。由于本存储介质采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
实施例4
请参阅图9，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：存储器和处理器；所述存储器中存储有至少一条程序指令；所述处理器通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现实施例2所提供的压电式高温水蒸气发生器控制方法。
存储器602和处理器601采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器601和存储器602的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如***设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器601处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器601。
处理器601负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，***接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器602可以被用于存储处理器601在执行操作时所使用的数据。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (8)
1.一种压电式高温水蒸气发生器控制***，其特征在于，所述***包括：水路控制***、加热***和流量控制***；
所述水路控制***包括进水隔离阀和排水隔离阀，用于对流入或流出加热***内部的液体进行控制；
所述加热***包括蓄水罐和质量流量控制器，所述蓄水罐的排气口与所述质量流量控制器的进气口相连，所述蓄水罐用于对内部的液体进行加热产生气体，所述质量流量控制器用于对所述蓄水罐产生的气体的质量和/或流量进行检测，并基于检测结果生成电信号发送至所述流量控制***；
所述流量控制***中集成有基础控制器和自适应补偿控制器，所述基础控制器中集成有PID控制算法，所述自适应补偿控制器中集成有自适应补偿算法，用于基于接收到的电信号获取质量流量控制器检测到的气体流量，基于所述气体流量结合PID控制算法和自适应补偿算法控制所述质量流量控制器输出的气体流量；
所述流量控制***还集成有滤波器，所述滤波器中集成有线性卡尔曼滤波算法，所述滤波器用于当所述质量流量控制器输出的气体流量达到稳态后，采用线性卡尔曼算法对流量值进行滤波处理；
所述质量流量控制器外部置有加热片，用于使所述质量流量控制器的温度高于所述蓄水罐的温度，所述蓄水罐外部置有加热片，用于对蓄水罐内部的液体进行加热；
所述自适应补偿算法包括：接收气体控制误差，经过模糊化、模糊推理、清晰化后得到PID控制器三个参数的变化量与PID控制器的原始参数相加得到新控制参数，基于所述新控制参数生成与之对应的控制指令用于控制所述质量流量控制器输出的气体流量，其中/>为比例调节系数、/>为几分调节系数、/>为微分调节系数。
2.根据权利要求1所述的压电式高温水蒸气发生器控制***，其特征在于，所述蓄水罐内部置有液位器，用于对所述蓄水罐中的水位进行监测；
所述进水隔离阀和排水隔离阀基于所述液位器的监测结果控制流入或流出所述蓄水罐内的液体。
3.根据权利要求1所述的压电式高温水蒸气发生器控制***，其特征在于，所述蓄水罐内部置有温度传感器，用于监测所述蓄水罐内部温度；
所述温度传感器和加热片与所述流量控制***电连接，所述流量控制***用于基于接收到的温度传感器发送的电信号控制所述加热片的加热温度。
4.根据权利要求2所述的压电式高温水蒸气发生器控制***，其特征在于，所述液位器与所述流量控制***电连接，所述水路控制***与所述流量控制***电连接，所述流量控制***基于接收到的液位器发送的电信号控制所述水路控制***。
5.根据权利要求1所述的压电式高温水蒸气发生器控制***，其特征在于，所述质量流量控制器包括压电驱动组件和热式质量流量传感器，所述热式质量流量传感器与所述流量控制***电连接，所述流量控制***用于基于接收到的所述热式质量流量传感器发送的电信号采用PID控制算法和自适应补偿算法生成与之对应的控制指令控制所述质量流量传感器输出的气体流量。
6.根据权利要求5所述的压电式高温水蒸气发生器控制***，其特征在于，所述压电驱动组件包括压电陶瓷、陶瓷保护壳、阀门密封件、上分气座、下分气座和阀体，所述陶瓷保护壳设置在压电陶瓷外部，所述阀门密封件与压电陶瓷固定连接，所述阀门密封件设置在所述上分气座的顶部，所述下分气座与上分气座连通，所述阀体内部气体通道与下分气座连通。
7.根据权利要求1所述的压电式高温水蒸气发生器控制***，其特征在于，所述线性卡尔曼滤波算法包括：
生成状态方程：；
式中，是传感器在/>时刻的状态量，/>表示传感器输入，/>表示过程噪声，/>分别是过程转移矩阵和输入矩阵；
进行噪声协方差矩阵的更新：；
式中，是/>时刻的状态协方差矩阵，/>是/>时刻的状态协方差矩阵，/>表示噪声协方差矩阵；
生成测量方程：；
式中，是/>时刻的传感器测量值，/>表示测量矩阵，/>是/>时刻的测量噪音；
计算卡尔曼增益：；
式中，是测量噪音协方差；
根据卡尔曼增益更新状态方程和协方差矩阵：
；
式中，表示单位矩阵。
8.一种压电式高温水蒸气发生器控制方法，所述压电式高温水蒸气发生器包括蓄水罐和质量流量控制器，其特征在于，所述方法包括：
蓄水罐内部存储的液体经过加热产生气体；
所述气体由质量流量控制器的进气口流入所述质量流量控制器中；
质量流量控制器中的热式质量流量传感器检测到流入的气体的流量；
对所述气体流量通过采用PID控制算法和自适应补偿算法控制所述质量流量控制器输出的气体流量；
当所述质量流量控制器输出的气体流量达到稳态后，采用线性卡尔曼算法对流量值进行滤波处理；
所述质量流量控制器外部置有加热片，用于使所述质量流量控制器的温度高于所述蓄水罐的温度，所述蓄水罐外部置有加热片，用于对蓄水罐内部的液体进行加热；
所述自适应补偿算法包括：接收气体控制误差，经过模糊化、模糊推理、清晰化后得到PID控制器三个参数的变化量与PID控制器的原始参数相加得到新控制参数，基于所述新控制参数生成与之对应的控制指令用于控制所述质量流量控制器输出的气体流量，其中/>为比例调节系数、/>为几分调节系数、/>为微分调节系数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410071384.XA CN117588736B (zh) | 2024-01-18 | 2024-01-18 | 一种压电式高温水蒸气发生器控制***及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410071384.XA CN117588736B (zh) | 2024-01-18 | 2024-01-18 | 一种压电式高温水蒸气发生器控制***及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117588736A CN117588736A (zh) | 2024-02-23 |
| CN117588736B true CN117588736B (zh) | 2024-05-10 |
Family
ID=89911865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410071384.XA Active CN117588736B (zh) | 2024-01-18 | 2024-01-18 | 一种压电式高温水蒸气发生器控制***及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117588736B (zh) |
Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4895017A (en) * | 1989-01-23 | 1990-01-23 | The Boeing Company | Apparatus and method for early detection and identification of dilute chemical vapors |
| KR100893944B1 (ko) * | 2008-07-02 | 2009-04-22 | (주)액트 | 칼만필터 또는 칼만스무더를 적용하여 원자력 발전소 원자로 냉각재 계통의 미확인 누설률을 계산한 원자로냉각재 계통 파단전누설 모니터링 방법 |
| WO2011069700A2 (de) * | 2009-12-08 | 2011-06-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und vorrichtung zum regeln einer dampferzeugung in einer dampfkraftanlage |
| CN104359096A (zh) * | 2014-11-07 | 2015-02-18 | 苏州迈创信息技术有限公司 | 一种电蒸汽发生器及蒸汽发生器控制*** |
| CN204420952U (zh) * | 2014-11-07 | 2015-06-24 | 太仓德纳森机电工程有限公司 | 一种电蒸汽发生器及蒸汽发生器控制*** |
| CN104949093A (zh) * | 2014-03-26 | 2015-09-30 | 西门子公司 | 用于蒸汽发电厂的蒸汽产生器的状态观察器 |
| KR101582675B1 (ko) * | 2014-06-27 | 2016-01-05 | 남부대학교산학협력단 | 예측 제어형 확장칼만필터를 적용한 가열냉각 금형장치의 온도제어기 |
| CN208871594U (zh) * | 2018-06-30 | 2019-05-17 | 江苏唯思康食品科技发展有限公司 | 一种管道蒸汽横压供气*** |
| WO2021069932A1 (en) * | 2019-10-11 | 2021-04-15 | Richard Steven | Improvements relating to fluid flow measurement |
| CN112906875A (zh) * | 2021-04-29 | 2021-06-04 | 常州高凯电子有限公司 | 一种用于精密气体流量阀的控制***及方法 |
| CN113359421A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-09-07 | 上海师范大学 | 一种压电精密气体流量阀的复合控制***及方法 |
| CN113586417A (zh) * | 2021-09-01 | 2021-11-02 | 淮阴工学院 | 一种空压机分级控制***及方法 |
| CN114704822A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-07-05 | 国网江苏省电力有限公司常州供电分公司 | 电加热蒸汽锅炉***的控制方法及装置 |
| CN115723502A (zh) * | 2022-12-07 | 2023-03-03 | 华南理工大学 | 一种基于压力测量的空气悬架***车身高度调节方法 |
| CN116123521A (zh) * | 2023-01-10 | 2023-05-16 | 太原理工大学 | 一种利用谷电储热的超高压蒸汽锅炉***及调控方法 |
| CN116617511A (zh) * | 2023-05-24 | 2023-08-22 | 北京瑞承天启医疗科技有限公司 | 在高水平peep下调节基础流量的方法、控制装置和存储介质 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040024559A1 (en) * | 2002-08-01 | 2004-02-05 | Down John Harry | Method, system and computer product for building calibration lookup tables from sparse data |
-
2024
- 2024-01-18 CN CN202410071384.XA patent/CN117588736B/zh active Active
Patent Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4895017A (en) * | 1989-01-23 | 1990-01-23 | The Boeing Company | Apparatus and method for early detection and identification of dilute chemical vapors |
| KR100893944B1 (ko) * | 2008-07-02 | 2009-04-22 | (주)액트 | 칼만필터 또는 칼만스무더를 적용하여 원자력 발전소 원자로 냉각재 계통의 미확인 누설률을 계산한 원자로냉각재 계통 파단전누설 모니터링 방법 |
| WO2011069700A2 (de) * | 2009-12-08 | 2011-06-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und vorrichtung zum regeln einer dampferzeugung in einer dampfkraftanlage |
| CN104949093A (zh) * | 2014-03-26 | 2015-09-30 | 西门子公司 | 用于蒸汽发电厂的蒸汽产生器的状态观察器 |
| KR101582675B1 (ko) * | 2014-06-27 | 2016-01-05 | 남부대학교산학협력단 | 예측 제어형 확장칼만필터를 적용한 가열냉각 금형장치의 온도제어기 |
| CN104359096A (zh) * | 2014-11-07 | 2015-02-18 | 苏州迈创信息技术有限公司 | 一种电蒸汽发生器及蒸汽发生器控制*** |
| CN204420952U (zh) * | 2014-11-07 | 2015-06-24 | 太仓德纳森机电工程有限公司 | 一种电蒸汽发生器及蒸汽发生器控制*** |
| CN208871594U (zh) * | 2018-06-30 | 2019-05-17 | 江苏唯思康食品科技发展有限公司 | 一种管道蒸汽横压供气*** |
| WO2021069932A1 (en) * | 2019-10-11 | 2021-04-15 | Richard Steven | Improvements relating to fluid flow measurement |
| CN112906875A (zh) * | 2021-04-29 | 2021-06-04 | 常州高凯电子有限公司 | 一种用于精密气体流量阀的控制***及方法 |
| CN113359421A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-09-07 | 上海师范大学 | 一种压电精密气体流量阀的复合控制***及方法 |
| CN113586417A (zh) * | 2021-09-01 | 2021-11-02 | 淮阴工学院 | 一种空压机分级控制***及方法 |
| CN114704822A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-07-05 | 国网江苏省电力有限公司常州供电分公司 | 电加热蒸汽锅炉***的控制方法及装置 |
| CN115723502A (zh) * | 2022-12-07 | 2023-03-03 | 华南理工大学 | 一种基于压力测量的空气悬架***车身高度调节方法 |
| CN116123521A (zh) * | 2023-01-10 | 2023-05-16 | 太原理工大学 | 一种利用谷电储热的超高压蒸汽锅炉***及调控方法 |
| CN116617511A (zh) * | 2023-05-24 | 2023-08-22 | 北京瑞承天启医疗科技有限公司 | 在高水平peep下调节基础流量的方法、控制装置和存储介质 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 压电驱动精密流量阀的控制研究;陈婷;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技II辑》;20151231;第20-37页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117588736A (zh) | 2024-02-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102080820B (zh) | 一种蒸汽锅炉表面排污的最优化节能控制方法 | |
| CN108983602B (zh) | 一种用于快堆功率和冷却剂出口温度的自抗扰控制方法 | |
| CN105258099B (zh) | 一种加热炉汽包液位控制***及控制方法 | |
| CN102736640B (zh) | 用于除氧器水位控制的***和方法 | |
| CN109506028A (zh) | 一种压力调节阀的快速随动控制算法 | |
| CN117588736B (zh) | 一种压电式高温水蒸气发生器控制***及方法 | |
| Du et al. | Self-healing control for wastewater treatment process based on variable-gain state observer | |
| Pickhardt | Nonlinear modelling and adaptive predictive control of a solar power plant | |
| CN112947607A (zh) | 一种超临界cfb机组储水罐水位控制***及其控制方法 | |
| De Oliveira et al. | Robust and gain-scheduled PID controller design for condensing boilers by linear programming | |
| CN112178944A (zh) | 速热水机的极速恒温调控方法 | |
| CN107763890A (zh) | 一种基于高压储液罐控制的高温热泵***及控制方法 | |
| CN112751062A (zh) | 用于控制燃料电池发动机温度的方法 | |
| Álvarez et al. | Adaptive repetitive control for resonance cancellation of a distributed solar collector field | |
| Rato et al. | Multirate MUSMAR cascade control of a distributed collector solar field | |
| JPS6219641A (ja) | 給湯機用燃焼制御方法 | |
| JP2000161084A (ja) | 燃料加温装置 | |
| KR20220027020A (ko) | 원료 기화 시스템, 및 이것에 이용되는 농도 제어 모듈 | |
| CN207561787U (zh) | 智能温控***及管线泡茶机 | |
| CN106993952A (zh) | 智能温控***及管线泡茶机 | |
| JP3042637B2 (ja) | 減圧ボイラ式気化器の制御方法 | |
| CN115218486B (zh) | 一种饮用水设备的多级加热***及方法 | |
| JPH11270805A (ja) | 給水加熱器水位制御装置 | |
| Ren et al. | Data-driven model-free adaptive sliding mode control for melt surface temperature of Czochralski silicon monocrystal growth process | |
| JPS60188747A (ja) | 瞬間給湯器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |