【正文】 ................................................................................... 22 解耦控制器的設計 .................................................................................................... 22 多輸入多輸出（ MIMO）系統(tǒng)建模方法 ..................................................... 22 解耦控制器的設計思路 ................................................................................ 23 前饋補償解耦控制器設計原理 .................................................................... 24 增量式 PID 控制器設計 ........................................................................................... 26 PID 控制原理 ................................................................................................. 26 PID 控制器設計 ............................................................................................. 28 基于 Simulink 控制系統(tǒng)仿真 ................................................................................. 30 Simulink 模塊庫介紹 ..................................................................................... 30 Simulink 下控制系統(tǒng)仿真 ............................................................................ 30 仿真結(jié)果及分析 ............................................................................................ 31 第四章 氧化鋅晶須生產(chǎn)控制系統(tǒng)軟件設計 ........................................................................ 33 上位機監(jiān)控管理 ....................................................................................................... 33 MCGS 組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu) ......................................................................... 33 監(jiān)控軟件結(jié)構(gòu)及功能 .................................................................................... 34 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） PLC 編程及算法實現(xiàn) ............................................................................................... 35 Siemens STEP7 標準軟件包 ......................................................................... 35 STEP7 編程 ..................................................................................................... 35 控制邏輯分析 ................................................................................................ 36 前饋解耦控制算法 ........................................................................................ 38 增量式 PID 算法實現(xiàn) .................................................................................... 39 第五章 控制系統(tǒng)的運行效果與性能評價 ............................................................................ 40 系統(tǒng)運行效果 ........................................................................................................... 40 系統(tǒng)性能評價 ........................................................................................................... 40 第六章 結(jié)束語 ........................................................................................................................ 42 結(jié)論 ........................................................................................................................... 42 展望 ........................................................................................................................... 42 參考文獻 .................................................................................................................................. 44 附錄 A 氧化鋅晶須的生產(chǎn)工藝圖 ...................................................................................... 46 附錄 B 數(shù)據(jù)顯示圖 .............................................................................................................. 47 附錄 C PID 算法在 PLC 中的具體實現(xiàn) .............................................................................. 48 致 謝 .................................................................................................................................... 51 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第一章 引 言 晶須是指具有一定長徑比 (一般大于 10)和界面積小于 cm?? 的單晶纖維材料。由于晶須的晶體結(jié)構(gòu)比較完整，內(nèi) 部缺陷較少，因此晶須的強度和模量均接近其完整晶體材料的理論值，性能十分優(yōu)異。晶須主要有聚合物晶須、陶瓷晶須以及無機鹽晶須。陶瓷質(zhì)晶須主要指各種氧化物、碳化物、氮化物及石墨等晶須，與其它晶須相比，這些晶須具有更高的強度、模量及耐熱性等特點。利用陶瓷晶須優(yōu)異的力學和物理性能，將其與各種基材進行復合，不僅可以提高基體材料的強度、改善其韌性，而且可以改變其物理化學性能，增加其功能性，如磁性晶須、導熱晶須、導電晶須、光導性晶須等。因此，有關(guān)晶須的研究成為材料領域的熱點之一 [1][2][3][5]。 氧化鋅晶須是具有纖 鋅礦晶體結(jié)構(gòu)的直接寬帶隙 (Eg=)半導體材料 ,在室溫下具有較大的激子束縛能 (60meV)。其有多種優(yōu)良的物理性能并廣泛應用于橡膠、陶瓷、涂料以及光電子等領域。它有多種形態(tài) ,主要為一維纖維狀、一維管狀、針狀、四針狀或多針狀、棒狀或柱狀等。氧化鋅晶須的制備方法很多 ， 特別是其中的四針狀氧化鋅晶須(TZnOw)， 以其獨特的三維四針狀空間結(jié)構(gòu) ， 在耐磨、減震、防滑、降噪、吸波、抗老化、抗沖擊、抗靜電、抗菌等方面均具有優(yōu)異的性能 [1]。 氧化鋅晶須 (Zinc Oxide Whiskers，簡稱 Znow)，是 氧化鋅的單晶體， 有兩種典型形態(tài)：一種是纖維狀 (針狀 )晶須，另一種是四針狀晶須 (Tetrapodlike zinc oxide whiskers，簡稱 TZnow)。針狀的氧化鋅晶須是氧化鋅晶體由單一方向發(fā)育形成，其外形如線條狀，截面呈柱狀，無色透明，表象為極高凸起，平行光滑，正延長。一般說氧化鋅晶須就是指四針狀氧化鋅晶須 [2]。 TZnow 為白色松軟狀物質(zhì)， 呈立體四針狀，即晶須有一核心，從核心徑向方向伸展出四根針狀晶體，每根針狀體均為單晶體微纖維，任兩個針狀體的夾角為 109176。，晶須的內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 中心體直徑 ~，針狀體根部直徑 ~14μm，針狀體長度 3~200μm。它是迄今為止被發(fā)現(xiàn)的唯一具有三維空間結(jié)構(gòu)的晶體。正是由于其獨特的三維空間結(jié)構(gòu)賦于了它許多特殊功能。作為結(jié)構(gòu)及功能添加材料，由它組成的復合材料呈各向同性，性能遠優(yōu)于由單一纖維狀晶形組成的復合材料，具有增強耐磨、防爆、減震、降噪、 抗菌以及吸波等優(yōu)異的綜合性能。因此，在國防、交通、化工、輕工、電子等領域也有 著廣闊的應用前景 [5]。 課題的來源及意義 氧化鋅晶須作為結(jié)構(gòu)及功能添加材料，有著十分廣泛的用途。把它添加到不同的產(chǎn)品中可以制成各種不同的性能 優(yōu)良的復合型材料。比如 :輕質(zhì)多頻譜吸波隱身材料、氧化鋅晶須復合抗菌劑、氧化鋅晶須復合抗菌母粒 (塑料、纖維 )、氧化鋅晶須抗菌防霉后處理劑、氧化鋅晶須抗靜電劑、氧化鋅晶須耐磨劑、氧化鋅晶須增強改性劑等等。因此，實現(xiàn)氧化鋅晶須的產(chǎn)業(yè)化能很好的促進國民經(jīng)濟的發(fā)展，有著重大的意義 。 原有的氧化鋅晶須生產(chǎn)工藝沒有引入計算機控制系統(tǒng)，從而導致了流量檢測不穩(wěn)定、氧含量等參數(shù)達不到指定的控制精度等問題。由此可以看出，好的制備工藝都要有先進的控制技術(shù)作為基礎，否則，理論上的研究難以實現(xiàn)。利用計算機控制技術(shù)實現(xiàn)氧化鋅晶須生產(chǎn)過程 的自動檢測和全過程自動控制能夠保持生產(chǎn)過程中參數(shù)的穩(wěn)定、保證參數(shù)的控制精度、提高 產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率、降低工人的操作失誤和勞動強度 [15][16][17]。 氧化鋅晶須國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 八十年代中后期，國外開始對四角狀氧化 鋅晶須進行較為深入 的研究?，F(xiàn)已有比較成熟的制備工藝和工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)裝置。由于它具有獨特的四角狀三維空間結(jié)構(gòu)及其他許多特性，因而有著廣闊的應用前景。在此研究領域，日本松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社 走在內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 了世界的最前沿，他們最早掌握了氧化鋅晶須的制備方法 ，并實現(xiàn)了氧化鋅晶須的廣泛應用。在國內(nèi)，則由西南交通大學 首先發(fā)明氧化鋅晶須的制備方法，使我國成為繼日本后全球第二個可生產(chǎn)晶須的國家 [8]。 氧化鋅晶須制備方法的研究 氧化鋅晶須的制備和生產(chǎn)主要有以下幾類方法 [3]： (1)將 Zn粉預氧化使其表面覆蓋氧化膜，再對這種帶膜的鋅粉在 1000℃ 左右加熱 1h，制成 ZnO 晶須。 該法所得產(chǎn)品純度高，晶須生成步驟易于控制，但生產(chǎn)周期長，氧化膜控制較困難，對設備要求也較嚴。 (2)在惰性氣 體保護下將鋅粉加熱至沸點以上，然后以惰性氣體為載氣，將鋅蒸氣引入含氧氣體或?qū)⒑鯕怏w吹入 鋅蒸氣中，使 Zn 和 2O 氣相接觸生成 ZnO 晶須。 該法所用惰性氣體一般為 N2 或 Ar 等，對純度要求較高，反應溫度一般在900~1000℃ ，該法需要消耗大量惰性氣體， 生產(chǎn)成本較高 。 (3)將鋅粉與 CO32(或 HCO3)及 H2O 按一定比例混合，在規(guī)定條件下生成 ZnCO3，然 后加熱至特定溫度， ZnCO3 則慢慢分解形成 ZnO 晶須。 該