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温度控制是真空冷冻干燥过程中至关重要的环节。温度控制的精度和稳定性直接影响产品冷冻干燥的质量。本课题的研究目的在于提高真空冷冻干燥过程中温度的控制准确性,探索温度控制理论和方法的新思路。
针对冻干机控制系统现存问题以及冷冻干燥实验研究的需要,本文利用LGS-2型实验室用冻干机,开发了适用于小型冻干机的计算机控制系统。系统硬件部分主要由PC机和I-7000系列分布式I/O模块构成,软件部分采用Visual Basic语言在Windows环境下开发了可视化控制程序。系统实现了数据采集、存储自动化,能够选择数据采集周期,绘制冻干曲线,记录加热输出功率变化情况;在温度控制方面,具有多段温度程序控制及高温报警功能,实现了升温速率的控制。系统采用增量式PID和神经网络PID两种控制算法,更加适合于实验研究使用。
通过对冻干机温度控制过程分析,本文详细讨论了冻干机内部传热过程中影响物料温度的因素,提出了以物料为被控对象的温度控制方式,并且根据这种控制方式的特点,提出了相应的温度控制策略。针对真空冷冻干燥系统具有的非线性和滞后性,采用神经网络控制技术,开展了冻干机温度控制系统实验研究。采用不同的物料、不同的控制策略,分别以搁板和物料为被控对象进行了真空冷冻干燥实验。实验验证了冻干机计算机控制系统的工作可靠性,以物料为被控对象的控制方式的可行性;另外,通过分析冻干实验中出现的各种现象,找出了LGS-2型实验室用冻干机的温度控制的影响因素,提出了对设备的改进措施。
本文运用现有的理论技术,解决了实验室用冻干机功能无法满足实际使用要求的问题,为冻干工艺及理论的研究创造了实验条件,同时还为大型冻干机控制系统研制积累了经验。