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基于半導(dǎo)體制冷的多級精密快速溫度反饋控制系統(tǒng)設(shè)計

發(fā)布時間:2020-06-13 06:08
【摘要】:針對當(dāng)前機床加工領(lǐng)域中的環(huán)境微擾問題,本文設(shè)計了一種基于半導(dǎo)體制冷的多級精密快速環(huán)境溫度控制系統(tǒng),用于解決對局部環(huán)境溫度場的高精度控制。首先設(shè)計了一種應(yīng)用鉑電阻的量程可控、高精度測溫電學(xué)系統(tǒng),溫度的最高分辨力可達(dá)0.02。然后通過對半導(dǎo)體制冷數(shù)學(xué)模型的建立,確定了制冷能力的影響因素,通過引入半導(dǎo)體制冷片的散熱,設(shè)計了一種可控制其工作狀態(tài)的電學(xué)系統(tǒng),以得到不同的冷熱功率輸出。接下來設(shè)計了一種新型半導(dǎo)體制冷片分布方式的腔體式的強制對流溫控載體,并結(jié)合電學(xué)系統(tǒng),給出采用PID算法的溫控系統(tǒng)架構(gòu)。而后在溫控耦合物理場的仿真中,證實了載體設(shè)計相對較優(yōu),腔內(nèi)強制對流可實現(xiàn)快速控溫,得到了多級控溫系統(tǒng)之間的比例參數(shù)配比關(guān)系等結(jié)論。最后結(jié)合隔熱、除濕材料的選材,以及溫控載體機械結(jié)構(gòu)設(shè)計,完成對溫控系統(tǒng)的實驗搭建,驗證了腔內(nèi)強制對流的快速控溫能力,實現(xiàn)環(huán)境局部區(qū)域溫度最高達(dá)±0.02℃的控制精度。通過論文給出的對環(huán)境溫度有效控制方法,可將其擴展用于機床加工的環(huán)境控溫,對提高其加工精度的意義深遠(yuǎn)。
【圖文】:

來源分析,溫度梯度變化


表 1-1 精密加工機床的微擾種類及來源分析Table 1-1 Analysis of perturbation types and sources of precision machine tools微擾種類 來源分析 力 切削中高間斷的脈沖力、結(jié)構(gòu)件之間摩擦力及驅(qū)動力的波動 熱 電機及傳感器的自發(fā)熱、靜壓氣、液潤滑的熱傳遞、環(huán)境熱微擾 振動 環(huán)境中地表面的振動、轉(zhuǎn)臺的自身振動、金剛石尖端切削力作用 引起的強迫振動、靜壓氣、液潤滑引起的自激振動 幾何誤差 系統(tǒng)裝配過程和零件加工引出的誤差 測量誤差 傳感器的系統(tǒng)誤差、零漂等噪聲 控制誤差 控制變量的誤差、編程算法的誤差 如圖 1-1 所示,環(huán)境氣體作為加工機床的外部熱源之一,一般可通過熱傳遞、熱對流的方式影響加工材料及機床結(jié)構(gòu)件的溫度,,同時絕對零度以上的物體之間如環(huán)境對材料表面,均存在相互的熱輻射作用,這些系統(tǒng)以外的擾動量對加工精度的影響不可預(yù)知;而對于切削機床,驅(qū)動電機及液壓裝置帶來的耗散熱,切削過程中刀頭及材料之間、機床結(jié)構(gòu)件之間的相對運動產(chǎn)生的摩擦熱等內(nèi)部熱源也是影響環(huán)境溫度的部分因素4,同樣為環(huán)境溫度控制帶來一定挑戰(zhàn)。

溫度場分布,溫控系統(tǒng)


圖 1-2 溫控系統(tǒng)的組成ig.1-2 Composition of the temperature control sys關(guān)內(nèi)容及當(dāng)前國內(nèi)外的研究進展逐一進統(tǒng)內(nèi)的溫度場分布狀況,通?山柚磉^對機床結(jié)構(gòu)件建模,配合初始條件、的方法,一般根據(jù)計算量的大小,適當(dāng)溫度分布,并可根據(jù)需求得到溫度場任驗選取的模型較為理想化,并一定程度結(jié)果進行判斷;實驗法則是根據(jù)待測環(huán)溫元件,在機床工作過程中通過測量得等空間因素,該實驗方法適用于測溫點值分析法的仿真過程可得到不同測溫點
【學(xué)位授予單位】:上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2018
【分類號】:TG659;TP273;TB61

【參考文獻】

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本文編號:2710770

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