农村清洁供暖生物质锅炉变工况性能与控制系统研究

这是一篇关于清洁供暖,生物质锅炉,变工况性能,模糊控制,PLC,远程监控的论文, 主要内容为在中国北方农村地区,利用生物质能是实现清洁供暖、应对“碳达峰、碳中和”目标的有效途径,但目前生物质供暖锅炉整体技术水平不高,特别是在变工况运行时面临着燃料适应性差、燃烧不稳定、效率较低和NOx排放高等问题,成为制约生物质能源规模化应用的技术瓶颈。本文在“国家重点研发计划项目华北东北村镇资源清洁利用技术综合示范,生物质混合物料低氮燃烧清洁化供暖技术与示范”课题(2020YFD1100302)的支持下,结合村镇清洁供暖示范工程,开展了农村清洁供暖低氮生物质锅炉变工况性能与控制系统研究,研究生物质锅炉在变负荷工况下供热性能及烟气NOx排放等参数的变化规律,提出生物质锅炉燃烧工况与农村建筑热负荷动态匹配的调节策略,研制了变负荷工况条件下生物质锅炉的智能控制系统。改善了生物质锅炉燃烧排放和燃烧效率,具有较好的理论价值和实用价值。本文完成的主要工作内容如下:1)根据示范工程冬季供暖需要,研制了500 kW生物质低氮燃烧供暖锅炉,确定了锅炉设计的进料量、配风量、炉体尺寸等一些基本参数,以及该锅炉系统的基本组成结构,完成了样机制作,应用于德州市临邑县苗圃庵社区搭建的生物质锅炉耦合空气源热泵、地源热泵构建多源互补协同供暖系统中。2)结合示范工程,对生物质锅炉进行变(低)负荷工况运行试验研究。探讨了生物质锅炉出水温度、NOx排放量、CO和SO2排放量随着进料量、空燃比等参数的变化规律,寻找低负荷工况下最佳运行参数。研究表明,该生物质锅炉的热效率在最佳运行工况时达到了84.6%,热效率超过70%的运行工况占87.5%,超过80%的运行工况占25%,锅炉的换热性能较好。3)在变工况性能研究的基础上,将模糊控制算法应用于锅炉控制系统中,提出了锅炉变负荷运行自动调节控制策略,完成了生物质低氮燃烧锅炉智能控制系统硬件设计和软件设计,以及对生物质低氮燃烧锅炉监测系统的开发。硬件设计包括燃烧控制系统硬件结构设计、硬件接线设计和电气控制柜布局设计;软件设计包括PLC程序设计、人机界面设计,以及远程调试功能的设计。锅炉监测系统包括远程数采系统和污染物排放监测系统,实现了在线监测生物质供暖示范工程中锅炉的运行数据和大气污染物排放的目的。4)将开发的锅炉智能控制系统分别应用于针对不同示范工程与企业合作研制的500 kW、60 kW、20 kW生物质供暖锅炉中,并完成了对改进后生物质锅炉污染物排放和热工性能的三方检测工作,取得了很好的效果。其中,20 kW的生物质低氮燃烧锅炉NOx排放为184 mg/m3,与传统的生物质户用锅炉相比降低了52.82%;60 kW的生物质低氮燃烧锅炉NOx排放为138 mg/m3,降低了64.62%,500 kW的生物质低氮燃烧锅炉NOx排放为99 mg/m3,降低了74.62%。本文通过对清洁供暖示范工程生物质锅炉烟气排放特性和供热特性进行实验研究和理论分析,研制了采暖用生物质锅炉的变工况控制系统,改善了生物质锅炉燃烧排放和燃烧效率,具有较好的理论价值和实用价值。

苹果园水肥精准施用关键技术研究

这是一篇关于苹果,水肥施用,预测模型,模糊控制,监控系统的论文, 主要内容为中国作为农业大国,苹果产业在农业中占有重要地位。目前,苹果仍存在优势品种少、产量波动大、优质果率低、生产效益差等问题,导致其产业竞争力差。粗放式的水肥施用和管理不仅造成了水资源和肥料严重浪费,也影响了苹果树的质量和产量。为此,开展苹果园生产要素(水、肥)精准施用的研究意义重大。鉴于此,本研究根据苹果生长环境及最适宜生长条件,建立传感器数据采集系统,通过采集的数据建立精准灌溉施肥智能决策,包括施水肥量、施水肥时间以及施用位置,最后通过C#和PLC等软硬件设计了一套苹果园生产要素(水、肥)综合监控系统,实现了智慧农业生产要素(水、肥)精准施用的目的,用最少的水、肥施用量达到最大的收益。论文的主要研究内容有:(1)苹果园精准灌溉施肥预测方法研究。通过果蝇优化算法(FOA)优化回归型支持向量机(SVR)和极限学习机(ELM),对苹果园气象站或传感器采集的苹果园生长环境数据进行组合建模(FSE模型),预测苹果园的蒸散量;通过比较FSE、SVR和ELM三种预测模型的效果发现,FSE模型较单一预测模型有更好的预测精度,优选FSE模型作为苹果园灌溉模型;然后通过该模型预测的苹果园蒸散量,根据苹果不同生长时期的最佳土壤含水量,进行苹果园需水量的计算。采用K折交叉广义回归神经网络(K-GRNN)建立苹果产量和施N、P和K肥施用量模型,使其与GRNN对比发现K-GRNN有更好的预测精度,所以采用K-GRNN模型来对苹果园N、P和K施用量进行预测。整个过程实现了苹果园的精准灌溉施肥决策。(2)苹果园精准灌溉施肥施用位置研究。根据苹果根系的分布特点,运用土壤水分运移模拟软件HYDRUS-2D来分析滴头处于不同情况下(不同流速和时间、不同深度和不同组合)土壤水分的运移情况,经研究发现,滴头流速为9cm/h、灌溉时间为9h、滴头深度为50cm、滴头位于苹果根系异侧时,土壤含水量绝大部分保持在田间持水量的63%以上,灌溉施肥结束后6h时土壤含水量也能保持在50%以上,土壤含水量较高且能满足苹果根系生长绝大部分范围,为苹果园灌溉管网布置提供理论基础和指导方法。(3)基于水肥施用的模糊PID控制研究。在前面建立的水肥施用模型基础上,研究精量水肥施用过程中水肥混合p H的模糊PID控制,设计苹果园水肥施用模糊PID控制器。在Matlab软件下进行仿真发现,模糊PID控制算法比传统PID控制的超调量更小,稳定时间更短,可用该模糊PID控制器来完成苹果园水肥施用过程p H的控制。(4)苹果园灌溉施肥综合监控系统开发。首先通过各种传感器对苹果园内作物生长环境参数进行采集,然后建立“有线+无线”的数据传输方式,对数据进行分析处理,带入建立的灌溉施肥决策模型,下位机PLC进行灌溉施肥动作。系统的软件部分使用C#编程,制作了系统登录、时间曲线、智能灌溉、智能施肥和历史数据可视化界面,为用户提供一种简单易操作的苹果园智能灌溉施肥软件平台。

便携式低氧帐篷自动监控系统设计与开发

这是一篇关于低氧训练,低氧帐篷,便携式,模糊控制,自动监控的论文, 主要内容为高原低氧训练在提高运动员成绩的同时也存在不少弊端。随着各种低氧技术的产生,人们成功地实现了高原低氧环境的模拟。但是国内的相关研究还不成熟,低氧环境自动控制功能还不完善,国内对低氧帐篷的研究也才刚刚起步。 传统的人工控制低氧环境很难达到要求,基于凌阳16位单片机开发了一套便携式的低氧帐篷氧浓度自动监控系统。该系统选择轻便耐用、性价比较高的设备,因此其便携性和实用性也更加突出。与以往流量控制系统中控制阀门开度大小的控制方式不同,系统采用控制阀门开通时间来调节氧气浓度的控制策略:当氧气浓度误差较大时采用直接打开或关闭阀门的控制方式,当误差较小时采用模糊控制方式。设计了一个双输入单输出的模糊控制器,通过模糊控制器量化因子和比例因子随系统偏差的自适应调整,改善了系统的稳态性能。 先从整体上介绍了监控系统的框架结构,接下来对系统进行分析与设计。硬件部分设计了系统信号转换电路、阀门驱动电路等;软件部分给出了主程序及各功能模块的流程图。系统实现了低氧帐篷氧气浓度的自动监控和二氧化碳浓度的实时监测以及历史数据查询、异常情况报警等功能。最后,对系统功能和性能进行了测试。实验结果表明,开发的低氧帐篷系统可将帐篷内的氧气浓度快速稳定在允许的误差范围内,实现了无人值守时氧气浓度自动调节功能。

酥梨果园物联网智能灌溉系统的设计与实现

这是一篇关于酥梨果园,Elman神经网络,物联网,模糊控制的论文, 主要内容为近年来,我国酥梨产业发展迅速,但传统粗放的生产经营模式是制约其进一步发展的瓶颈。为满足酥梨果园生产管理的需求,进一步提高标准化管理水平,开展酥梨果园土壤墒情预测与智能灌溉控制研究,为酥梨生长创造更加适宜环境条件的同时,达到节约水资源、提高果园生产效率的目的。具体研究内容如下:(1)基于SSA-Elman的酥梨果园土壤墒情预测模型研究针对传统的土壤墒情预测方法准确度较低、训练周期长的问题,提出基于Elman神经网络的酥梨果园土壤墒情预测模型。为了解决Elman神经网络易陷入局部极值、训练速率慢的问题,利用麻雀搜索算法对Elman神经网络加以优化,构建基于SSA-Elman的酥梨果园土壤墒情预测模型。实验结果表明,SSA-Elman模型对土壤墒情的预测指标RMSE、MAE、MAPE和R2分别为2.279、1.815、0.038和0.970,可准确预测酥梨果园土壤墒情。(2)基于模糊PID的酥梨果园灌溉控制模型研究基于土壤墒情预测值与栽培经验,结合酥梨各物候期需水特性,构建基于模糊PID的酥梨果园灌溉控制模型,以预测的土壤墒情偏差和土壤墒情偏差变化率为输入变量,计算出灌溉时长。实验结果表明,该灌溉控制方式比传统控制灌溉方式响应速度快、超调量小、控制效果好,模型在提高酥梨产量的同时,节水率可达12.77%,为酥梨智能节水灌溉提供了一条新的方法。(3)基于六域模型的酥梨果园物联网智能灌溉系统研发针对酥梨果园生产效率低和水资源浪费严重问题,基于物联网六域模型参考体系,在软硬件系统总体框架设计基础上,研发酥梨果园物联网专用智能感知、传输及控制设备,完成智能灌溉系统的开发和实地安装。同时,为了更好提升系统的实用性与可靠性,进一步开发服务器端上位机软件、网页端平台以及手机APP终端,实现了酥梨果园的智能节水灌溉,对提高水资源利用率、降低农业生产成本、实现精细农业具有重要意义。

地铁杂散电流智能排流系统研究

这是一篇关于地铁杂散电流,模糊控制,排流装置,智能排流系统的论文, 主要内容为地铁建设中应用的杂散电流腐蚀防护措施会受污染、潮湿、漏水及高地应力等影响而逐渐失效,导致大量电流泄漏至地下,引起埋地金属结构和管线的腐蚀。此时,应用排流系统保护埋地金属结构十分必要。采用排流系统作业时,排流量过大会导致轨道电压升高,进而威胁乘客安全。目前排流量通常由人工控制,存在一定失误风险。因此,本文针对地铁杂散电流排流系统智能化进行了研究,提出了一种智能排流控制策略,并设计Web监测系统以实现对杂散电流与排流的实时监测,为有效可靠地控制排流量、提高杂散电流腐蚀防护效果及确保地铁安全运营提供技术支持。本文综合运用理论模型推导、智能控制模型和试验验证等方法,对地铁杂散电流智能排流系统进行研究与设计。主要内容如下:(1)构建双边供电模式下轨道-排流网-大地三层电阻网络模型,推导轨道电位、轨道电流和杂散电流的数学解析模型,并利用MATLAB软件进行仿真分析,得到排流前后杂散电流的分布变化规律,并验证排流法对解决杂散电流腐蚀问题的有效性,分析过大的排流量所带来的问题。(2)根据排流控制多点评价的原则,基于模糊控制理论,分别对整体道床排流回路及隧道侧壁结构钢排流回路的排流量模糊控制器进行设计,并制定了模糊查询控制表,为地铁杂散电流排流系统提供了智能化的排流控制策略。(3)提出集杂散电流与排流监测于一体的智能排流系统方案,设计一种以大功率开关器件IGBT为核心的新型智能排流装置,并将排流量模糊控制模型应用到排流控制中。在ASP.NET MVC框架下对Web监测系统进行设计,实现系统对监测数据的实时显示及设备故障信息维护等功能。(4)搭建智能排流装置模拟试验平台,并对智能排流系统的部分设计功能进行试验,本研究主要针对排流回路功能及基于模糊控制方法的排流量控制可靠性进行验证。结果表明,通过调节IGBT模块栅极驱动信号的占空比能够实现对排流量的调节功能;基于模糊控制模型的智能排流控制方法适用于地铁杂散电流的排流控制。本文设计的地铁杂散电流智能排流方案的有效性得以验证。综上所述,本文对地铁杂散电流智能排流系统进行了较为详细的研究,可为城市轨道交通中应用的排流系统智能化控制方案提供技术支持。本论文有图47幅,表18个,参考文献85篇。

基于土联网的软地基土层测试及桩机施工监控技术研究

这是一篇关于土联网,WebGL,Three.js,模糊控制,云平台的论文, 主要内容为我国沿海地区广泛分布着软土地质,土体的结构稳定性差,需要对软土地基进行加固。水泥搅拌桩是一种常见的经济有效的加固方法,其施工质量的好坏直接决定了整个建筑工程的安全性,而施工参数直接关系到了水泥搅拌桩的施工质量。因此对软土地基施工参数的确定及监测是保证成桩质量的关键。目前施工参数主要是根据钻孔得到的原位土壤来进行实验室配比和施工现场试桩确定的。这种方法消耗人力物力,并且确定的施工参数大多与实际值偏大,浪费了施工材料、降低了施工效率。CPTU(Piezocone Penetration Test)是一种快速准确的土壤测试方法,可以准确测量土壤参数,并且对原地基结构破坏较小。将CPTU土壤参数测试过程以及桩基施工过程结合起来构成土联网桩机施工监控系统,充分利用CPTU测量的土壤参数来确定桩机施工参数,和传统参数确定方法相比提高了准确性和易用性,同时还可以远程监测实时施工参数保证施工质量。因此设计一个基于土联网的土层测试及桩机施工监控系统是十分重要的。本论文完成的主要工作如下:(1)设计了包括CPTU土层测试、桩机施工监控和土联网云平台的总体架构。分析了水泥搅拌桩常规施工过程以及施工工艺参数的确定方法,研究了通过CPTU试验确定地质分层的方法。设计了包括数据采集终端、数据接收服务器、Web服务器三个部分的土联网测控系统。这个系统架构较好地解决了桩机施工参数的监测及确定,节省了施工材料,提高了施工效率,保证了施工质量。(2)研究了基于CPTU数据的土层分类方法及其三维展示。使用基于CPTU数据的中国实用土分类方法进行单孔土分类。对比分析了反距离插值法和克里金插值法在构建三维曲面效果方面的优势和缺陷。最后应用基于WebGL的第三方库Three.js把土层边界曲面在Web页面上展示出来。(3)设计了一种确定施工工艺参数的模糊控制器。分析了影响水泥搅拌桩成桩质量的因素。选择地质分层、含水率、塑性指标、深度作为模糊控制器的输入,水泥掺量、下钻提升速度、搅拌转速、喷浆压力作为输出构建了多输入多输出的模糊控制器。为了将多输入多输出的模糊控制器解耦采用了多变量分层的模糊控制思想,把一个大的模糊控制器分为多个双输入单输出的模糊控制器简化了模糊关系。通过实际案例,验证了模糊控制器的可靠性。(4)搭建了土联网测试系统。测试系统包括数据采集终端、数据接收服务器、Web服务器三个部分。数据采集终端由远程传输单元DTU(Data Transfer unit)把传感器采集的数据发送给数据接收服务器;针对大量数据采集终端同时传输数据的情况,设计了一种基于Netty及Kafka高并发数据接收服务器,Netty负责轮询终端端口接收数据,Kafka采用队列消息模式把待处理的消息分发给多个消费程序,完成了数据采集与处理的解耦提高了服务器的并发性能。Web服务器基于Spring、Spring MVC、Mybatis框架构建,实现了基本的数据统计与查询功能,基于Web Socket实现了Web端的远程数据监测功能,方便用户管理监测施工项目。

农村清洁供暖生物质锅炉变工况性能与控制系统研究

这是一篇关于清洁供暖,生物质锅炉,变工况性能,模糊控制,PLC,远程监控的论文, 主要内容为在中国北方农村地区,利用生物质能是实现清洁供暖、应对“碳达峰、碳中和”目标的有效途径,但目前生物质供暖锅炉整体技术水平不高,特别是在变工况运行时面临着燃料适应性差、燃烧不稳定、效率较低和NOx排放高等问题,成为制约生物质能源规模化应用的技术瓶颈。本文在“国家重点研发计划项目华北东北村镇资源清洁利用技术综合示范,生物质混合物料低氮燃烧清洁化供暖技术与示范”课题(2020YFD1100302)的支持下,结合村镇清洁供暖示范工程,开展了农村清洁供暖低氮生物质锅炉变工况性能与控制系统研究,研究生物质锅炉在变负荷工况下供热性能及烟气NOx排放等参数的变化规律,提出生物质锅炉燃烧工况与农村建筑热负荷动态匹配的调节策略,研制了变负荷工况条件下生物质锅炉的智能控制系统。改善了生物质锅炉燃烧排放和燃烧效率,具有较好的理论价值和实用价值。本文完成的主要工作内容如下:1)根据示范工程冬季供暖需要,研制了500 kW生物质低氮燃烧供暖锅炉,确定了锅炉设计的进料量、配风量、炉体尺寸等一些基本参数,以及该锅炉系统的基本组成结构,完成了样机制作,应用于德州市临邑县苗圃庵社区搭建的生物质锅炉耦合空气源热泵、地源热泵构建多源互补协同供暖系统中。2)结合示范工程,对生物质锅炉进行变(低)负荷工况运行试验研究。探讨了生物质锅炉出水温度、NOx排放量、CO和SO2排放量随着进料量、空燃比等参数的变化规律,寻找低负荷工况下最佳运行参数。研究表明,该生物质锅炉的热效率在最佳运行工况时达到了84.6%,热效率超过70%的运行工况占87.5%,超过80%的运行工况占25%,锅炉的换热性能较好。3)在变工况性能研究的基础上,将模糊控制算法应用于锅炉控制系统中,提出了锅炉变负荷运行自动调节控制策略,完成了生物质低氮燃烧锅炉智能控制系统硬件设计和软件设计,以及对生物质低氮燃烧锅炉监测系统的开发。硬件设计包括燃烧控制系统硬件结构设计、硬件接线设计和电气控制柜布局设计;软件设计包括PLC程序设计、人机界面设计,以及远程调试功能的设计。锅炉监测系统包括远程数采系统和污染物排放监测系统,实现了在线监测生物质供暖示范工程中锅炉的运行数据和大气污染物排放的目的。4)将开发的锅炉智能控制系统分别应用于针对不同示范工程与企业合作研制的500 kW、60 kW、20 kW生物质供暖锅炉中,并完成了对改进后生物质锅炉污染物排放和热工性能的三方检测工作,取得了很好的效果。其中,20 kW的生物质低氮燃烧锅炉NOx排放为184 mg/m3,与传统的生物质户用锅炉相比降低了52.82%;60 kW的生物质低氮燃烧锅炉NOx排放为138 mg/m3,降低了64.62%,500 kW的生物质低氮燃烧锅炉NOx排放为99 mg/m3,降低了74.62%。本文通过对清洁供暖示范工程生物质锅炉烟气排放特性和供热特性进行实验研究和理论分析,研制了采暖用生物质锅炉的变工况控制系统,改善了生物质锅炉燃烧排放和燃烧效率,具有较好的理论价值和实用价值。

光储联合系统的混合储能控制策略研究

这是一篇关于光储联合系统,混合储能,功率分配,荷电状态,模糊控制的论文, 主要内容为随着"碳达峰,碳中和"目标的提出,我国能源结构正在持续转型,光伏能源在能源消费结构方面的占比逐年升高。由于光伏能源具有波动性,随机性等特点,在高比例开发利用清洁能源的同时,也要保证高水平消纳、更要保障电力系统的稳定可靠,从而实现可再生能源的高质量发展。本文将光伏发电系统与混合储能系统整合,通过控制混合储能系统充放实现平抑光伏并网功率波动。本文以光储联合系统为对象,选择铅酸蓄电池与超级电容器组合成混合储能系统,围绕混合储能控制、储能器件能量协调分配等问题,开展了论文的研究工作,本论文主要的研究内容如下:首先构建了光储联合系统的拓扑结构,分析了系统内光伏发电单元、蓄电池、超级电容器等效电路模型,基于Simulink平台搭建仿真模型,分析了光伏的功率输出特性曲线,研究了DC/DC变换器的工作模式和并网运行时DC/AC逆变器的运行原理。其次采用低通滤波器将光伏并网出力偏差进行功率分频,设计了铅酸蓄电池和超级电容器的功率分配策略。考虑到混合储能系统中的各个储能元件过充或者过放会损害电池寿命,引入模糊控制对储能元件的荷电状态进行反馈优化控制,实现对储能元件容量限值管理的目的。最后通过改进模糊逻辑控制器规则,修正低通滤波器截止频率,使超级电容器和蓄电池分别对高频区和低频区进行补偿修正,实现混合储能装置在放电和充电时能量的协调分配。仿真结果验证了低通滤波器-模糊控制策略的有效性。优化后的模糊控制对于光储联合系统跟踪电网调度指令的精度有所提高,同时减少了储能充放电时的电压、电流波动,对实际光储出力跟踪调度指令具有一定的指导意义。

基于ActiveX组件的智能温室管理系统的设计与实现

这是一篇关于智能温室,Socket通信,ActiveX,模糊控制,管理系统的论文, 主要内容为信息技术的发展推进了农业现代化,设施农业是农业现代化的一个重要发展方向,智能温室又是设施农业的重要组成部分。随着农业物联网技术的发展,越来越多的先进技术被引入智能温室中,对于温室信息的有效管理也越来越引起人们的重视,并成为一个具有重要意义的研究方向。 本课题针对智能温室管理的要求,在充分学习相关理论及总结前人研究成果的基础上,将嵌入式远程监控技术和无线通信技术综合应用于智能温室管理系统的设计与实现。 课题以无线传感器网络信息监测系统和PLC控制系统为基础,结合温室实际环境,确定了温室管理的功能性需求,采用“界面/业务逻辑/数据操作”三层架构,综合运用ActiveX组件、3G通信技术、Socket通信技术、模糊控制等技术,使用.NET开发平台、Android开发平台和SQL Server后台数据库管理系统,依据软件工程思想,研发了基于ActiveX组件的智能温室管理系统,实现对温室信息的综合管理和对温室设备的远程控制。 智能温室管理系统主要功能包括：(1)接收、处理和存储温室数据,其中数据的处理主要是结合温室专家管理经验,分析数据,生成相应的模糊控制策略,实现对温室设备的自动控制,自动调节温室环境参数。(2)对智能温室中环境的实时视频监控。(3)虚拟温室动态效果展示。(4)温室历史数据的查询。(5)移动终端对温室设备的远程控制。 本系统在张家港市常阴沙农场和江苏省农博园投入使用,通过有效的软件测试以及温室工作人员的长期使用,证明了系统具有很强的稳定性和科学的人机交互性,实现了温室信息的有效管理和对温室环境参数的自动调节,并且系统具有良好的可移植性,通过修改少量参数可以运用于同类温室中,为温室的管理提供了技术支持。