Автоматизация технологического процесса стабилизации температуры при производстве автомобильных термоэлектрических устройств

• Автор: Ни Зо
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 215 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
1.1 Анализ состояния исследований в области термоэлектрических' систем
1.2 Физические расчеты термоэлектрических материалов
1.3 Возможности технологического термоэлектрического приборостроения для автомобильных термоэлектрических приборов
1.4 Особенности современных регуляторов и системы автоматического управления термоэлектрическими объектами
Выводы по первой главе
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВА
2.1 Представление термоэлектрического нагрева движущегося изделия в виде звена САУ
2.2 Аппаратное обеспечение термоэлектрического нагрева
2.3 Современные системы регулирования температуры и датчиюг температур
2.4 Математическое описание регуляторов в системе управления термоэлектрическим нагревом
2.5 Проектирование базы данных для хранения информации об автомобильных термоэлектрических устройствах
Выводы по второй главе
ГЛАВА 3. ФОРМАЛИЗОВАННОЕ ОПИСАНИЕ САУ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ НАГРЕВОМ
3.1 Идентификация термоэлектрического объекта управления
3.2 Управление термоэлектрическим нагревом типа каскадного ТЭМ при движении по мощности
3.3 Управление термоэлектрическим нагревом типа цилиндрического ТЭМ при движении по мощности

3.4 Динамические характеристики термоэлектрического нагрева движущегося изделия
3.5 Разработка рекомендаций по выбору структуры и параметров САУ термоэлектрическим нагревом
3.5.1 САУ термоэлектрическим нагревом по ЛЧХ с 11-регулятором
3.5.2 САУ термоэлектрическим нагревом по ЛЧХ с И-регулятором
3.5.3 САУ термоэлектрическим нагревом по ЛЧХ с ПИ-регулятором
3.5.4 САУ термоэлектрическим нагревом по ЛЧХ с ПИД-регулятором
3.6 Компьютерное моделирование и расчет переходных процессов в САУ термоэлектрическим нагревом с различными законами регулирования
Выводы по третьей главе
ГЛАВА 4. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ И КАЧЕСТВА САУ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ НАГРЕВОМ ДВИЖУЩЕГОСЯ ИЗДЕЛИЯ
4.1 Исследование влияния запаздывания на качество САУ термоэлектрическим нагревом
4.1.1 Анализ устойчивости САУ термоэлектрическим нагревом по ЛЧХ с запаздыванием и определение критического коэффициента усиления
4.1.2 Оценка показателей качества устойчивости САУ термоэлектрическим нагревом при учете запаздывания с помощью компьютерного моделирования
4.2 Расчет оценки влияния запаздывания на устойчивость САУ термоэлектрическим нагревом с помощью метода параметрической оптимизации САУ
4.3 Исследование качества САУ термоэлектрическим нагревом при
воздействии возмущений
4.4 Расчет влияния возмущений на качество САУ термоэлектрическим нагревом при введении П, И, ПИ, ПИД-регуляторов с помощью компьютерного моделирования
Выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность диссертационной работы
Во многих отраслях научного и технического исследования созданы термоэлектрические преобразователи энергии приборов, которые осуществляют прямое преобразование тепловой энергии в электрическую, обеспечивая эффективность использования энергии. Перспективной актуальной проблемой современных автомобилей является отход тепла от двигателей внутреннего сгорания. Использование термоэлектричества популярно и для рекуперации тепла выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. В настоящее время многие автомобильные компании устанавливают на свои автомобили термоэлектрические устройства (ТЭУ), что позволяет уменьшить расход топлива до 10 % за счет дополнительной выработки электроэнергии.
Термоэлектрические явления связаны со взаимным превращением между электрическими процессами и тепловыми процессами в металлах и полупроводниках [1, 2, 3]. Термоэлектрические материалы с точки зрения их технологии используются не только в автомобильной технике но и в полупроводниковой технике, радиоэлектронике и бытовой технике. Термоэлектрические системы (ТЭС) применяются для стабилизации и регулирования температуры в диапазоне -60° С +120°С [4]. В настоящей диссертационной работе изложен принцип работы ТЭМ элемента, определены его основные технологические параметры, дана система моделирования автоматического управления термоэлектрическим объектом для получения высококачественных автомобильных электронных устройств.
Вопросы исследования термоэлектрических материалов рассматривали в работах ученых: Анатычук Л.И., Семенюк В.А., Тарасов Ю.А., Штерн Ю.И., Боженарь Д.А., Тарасов Р.Ю., Голыцман Б.М., Кудинов
В.А., Смирнов И.А., Бурштейн А.И., Алиев С.А., Зульфигаров Э.И., Самойлович А.Г., Яров В.М., Лыков А. В. Анализ и синтез систем

2.1 Представление термоэлектрического нагрева движущегося изделия с звеном САУ
Многие экспериментальные и теоретические исследования в промышленности определяют термоэлектрический нагрев с звеном САУ с распределенными параметрами и моделирования его динамических характеристик. В процессе термоэлектрического нагрева в подавляющем большинстве случаев за основной технологический параметр процесса принимают температуру между тепловыми и электрическими процессами на выходе из термоэлемента, поскольку именно стабильность температуры термообъекта определяет стабильную повторяемость выходных параметров готового продукта (необходимую структуру полупроводникового металла, микросхем и др.). Проблема термоэлектрического нагрева имеет главное значение для развития в разработке полупроводниковых устройств и микросхем, потому что рассеяние тепла налагает жесткие ограничения на увеличение плотности интегрирования элементов в единице объема современного микроэлектронного устройства [29,33]. Движение термоэлектрического нагрева в полупроводниковом металле показано рис 2.1.
N - тип полупроводник
движение термоэлектрического нагрева

N - тип полупроводник

Рис. 2.1. Движение термоэлектрического нагрева при пропускании электрического тока через контакт (спай) двух полупроводников.
Изменения в температуре полупроводниковой структуры под влиянием электрического тока объясняются тремя известными физическими явлениями, а именно, эффектами Пельтье, Джоуля и Томсона [30]. Тем не менее и в