臭氧发生器高频电源的鲁棒控制研究

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臭氧是氧气的同素异形体,由三个氧原子构成,在常温下容易自行分解为氧气。同时臭氧具有极强的氧化性和杀菌能力,并且不产生二次污染,是一种优良的氧化剂和消毒剂。目前国内外学者对臭氧的理化特性和制备方法进行了深入地研究,取得了一系列成果,为臭氧的实际应用提供了坚实的理论基础。介质阻挡放电法(Dielectric Barrier Discharge)制备的臭氧产量大、浓度高,所以广泛应用于工业制备臭氧领域。目前大部分使用此方法制备臭氧的设备还是基于开环控制,不利于设备的稳定运行和长期工作,因此还需在系统的控制方法上进行深入研究。本文使用介质阻挡放电法制备臭氧,采用板式放电结构,使用功率MOSFET管研制出一套频率为20kHz的高频、小型化臭氧发生器。首先对板式臭氧发生器负载进行分析、建模,并把非线性模型转化为线性模型。其次为了提高臭氧发生器系统运行的稳态性能和动态调节特性,采用鲁棒控制方法对臭氧发生器的电源进行闭环控制,使其达到相应的动态性能指标、提高系统的稳定性。使用Matlab搭建仿真模型,验证所设计的鲁棒控制器是否符合相应的指标要求,同时通过设计的鲁棒控制与PI控制进行了对比,进一步证明本文所采用的控制方法的可行性以及对系统鲁棒性能的提升。最后把设计的控制器部署到实际系统中,通过臭氧发生器的运行来验证所设计的鲁棒控制器是否能够在实际中应用。通过仿真结果可以得出在负载参数出现波动时,系统能够快速调节、保证输出的稳定。当出现干扰时,系统同样能够实现干扰的抑制,确保输出的稳定。最后通过实际系统的运行结果可以得出,使用H∞鲁棒控制器能够保证臭氧发生器系统的稳定工作,有利于系统的长期运行。
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