柔性透明电加热薄膜系统的设计与实验研究

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lzg31142003
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针对目前纯电动汽车节能、轻量化的电气应用需求,本文研究了柔性透明电加热薄膜系统来替代汽车空调的除霜除雾系统,它具备更高的电能利用率,能够有效增加纯电动汽车的续航。本论文将从三个方面对该系统进行设计与实验研究。首先,提高加热膜上银纳米线导电网络的稳定性。通过采集加热膜工作时的电压、电流和温度等信息,建立银纳米线导电网络的简易模型,分析出导电网络崩溃的原因,并据此提出利用银纳米线与氧化锌复合来提升透明导电薄膜的稳定性。由于透明氧化锌的高导热性,它将加热膜表面局部的高温传递到温度相对较低的区域,保护了银纳米线网络不被高温熔断。其次,优化柔性透明电加热薄膜的温度控制算法。鉴于银纳米线网络的稳定性较差,供电时应该尽量减少温度超调量和振荡,而传统PID的控温过程中容易出现这些问题。这种电压不稳定且温度持续变化的情况将使得银纳米线网络崩溃的几率增加,因此本文提出了模糊PID控制算法来调节加热膜的温度。该算法能够实时调整PID控制的三个参数,可以降低控制过程中的超调量和振荡。通过MATLAB对两种控制方法进行的仿真结果表明,模糊PID控制的超调量更小、调节时间更短且稳态误差较小。最后,为柔性透明电加热膜设计嵌入式控制系统。采用ARM Cortex-M3内核的微控制器STM32F103C8T6为主控单元,设计相应的硬件电路和软件系统。该系统具备温度采集、温度显示、温度控制、按键输入和故障检测的功能,通过LCD液晶显示屏实现与用户的人机交互。实验结果表明,通过模糊PID算法进行温度控制的柔性透明加热膜从19.5°C上升到65°C的调节时间约20s,没有出现明显的超调量,稳态误差为±1%。该系统在较大的范围内都能保持良好的控制性能,满足其用于除霜除雾时的温度控制要求。
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