[发明专利]基于延时反馈转矩控制的混沌搅拌器及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于工业搅拌的混沌搅拌器的技术领域。

背景技术

工业搅拌是用于搅拌食物、药品、化学及半导体制造的重要工业设备。对于雷诺数低的液体，传统的匀速搅拌方法常常遇到液体中聚集区域难以扩散的问题，而搅拌消除这些聚集区域需要消耗更多的能量，这一缺点导致工业搅拌成为效率最低的工业设备之一。低效的搅拌不仅造成能源消耗，而且会带来致命的灾害。尽管通过提升搅拌器旋转速度可以增强搅拌的效果，但是高速搅拌将会消耗掉更多的能量。而且对于如蛋白质及其他微分子等易碎物品为加工对象的生物应用来说，高速搅拌所造成的剪切力极易损伤加工对象。所以如何提高工业搅拌的效率具有重要的意义。

变速搅拌的概念被提出用于打破搅拌过程中液体内部出现的聚集区域，以提高搅拌的效率。在各种变速搅拌方法中，双向变速搅拌的应用最为广泛。变速搅拌的原理在于通过不断地干扰液体流动，来阻止液体中聚集区域的形成，从概念上讲，这种原理类似于生活中揉面时，面团被反复的拉伸折叠以达到充分揉和在一起的效果。

近年来，混沌的变速搅拌进一步被提出用于工业搅拌中。其原理正在于混沌搅拌使得液体不断地做延伸折叠的无规则运动，以达到充分混合的效果。但是所有以前的混沌搅拌器都是通过机械方式设计搅拌叶来产生混沌运动的，因此存在着复杂和不灵活的缺点。首先，复杂的机械设计明显增加了系统的成本，增大了设备体积。其次，笨重的机械设计限制了实用性和通用性。因此研制开发可灵活产生混沌搅拌的装置，不仅可避免复杂的机械设计，还对提高工业搅拌的效率具有重要的意义。

发明内容

本发明目的是提供一种具有速度混沌变化并范围可调、搅拌效率高、实现方法简单、适用性广特征的基于延时反馈转矩控制的混沌搅拌器及其工作方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明包括电机、搅拌叶、延时反馈转矩控制器、电流调节系统。电机的电流输出端与电流调节系统的负输入端连接，电机转子轴与搅拌叶的驱动轴连接，电机的速度反馈信号与延时反馈转矩控制器通过电机转速检测装置连接，延时反馈转矩控制器的电流输出端与电流调节系统的正输入端连接，电流调节系统电压输出端与电机电压输入端连接；其特征在于：上述延时反馈转矩控制器包括延时反馈装置、电机参考转矩计算系统、电机参考电流计算系统。电机转速检测装置的信号输出端与电机参考转矩计算系统的信号输入端通过延时反馈装置连接，电机参考转矩计算系统的信号输出端与电机参考电流计算系统的信号输入端连接。

本发明的电流调节系统包括电流控制器、PWM驱动器、电力变换器，延时反馈转矩控制器的参考电流输出端与电机的电流输出端分别通过电流调节系统上的电流正、负输入端与电流控制器连接，电流控制器与PWM驱动器连接，PWM驱动器与电力变换器连接，电力变换器与电机连接。

本发明利用基于延时反馈转矩控制的混沌搅拌器的工作方法，包括以下步骤：

在下述公式(71)和公式(72)中，B是电机的粘滞系数，其值为1.0×10^-4Nm/(rad/s)；J是电机的转动惯量，其值为1.0388 x 10^-5Nm/(rad/s²)；K_T是直流电机的转矩常数，其值为0.05Nm/A，μ是转矩系数，ξ是速度系数，τ是延时系数；

第一步：通过设置电机转速检测装置，获得电机的转速ω，并传输到延时反馈装置中；

第二步：延时反馈装置将电机转速ω进行延时反馈获得ω(t-τ)传输到电机参考转矩计算系统中；电机参考转矩计算系统采用下面的公式(71)进行计算得到电机的参考转矩

Te*=μξBsin(ω(t-τ)ξ)---(71)]]>