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专利号: 2023115105490
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种极地环境的应力腐蚀实验装置,其特征在于:包括低温环境盒(3)、位于低温环境盒内且内装有低温介质的低温介质盒(2)、位于低温介质盒内、用于放置试样(18)且内装有腐蚀介质的腐蚀介质盒(1)以及位于腐蚀介质盒和低温介质盒侧壁上的制热系统,所述制热系统包括从内向外依次叠设的第一散热组件、半导体制冷片(15)以及第二散热组件,其中半导体制冷片(15)的热端通过第一散热组件为腐蚀介质盒供热,半导体制冷片(15)的冷端通过第二散热组件为低温环境盒供冷;所述制热系统还包括设置于腐蚀介质盒内的温度传感器以及温控单元,所述温度传感器实时监测腐蚀介质盒内的温度,并将监测到的温度数据传输到温控单元进行处理分析,通过温控单元的输出信号控制半导体制冷片的热端制热。

2.根据权利要求1所述的极地环境的应力腐蚀实验装置,其特征在于:所述温控单元包括神经网络模糊控制器和PID控制器,神经网络模糊控制器包含第一计算模块和PID参数获取模块,第一计算模块用于获取腐蚀介质盒内的期望温度与实测温度的温度误差e(t)和误差变化率ec,PID参数获取模块用于将误差e和误差变化率ec进行神经网络模糊化、神经网络模糊推理以及神经网络清晰化处理后得到实时整定的PID控制参数变化量 、 和,再将初始PID控制参数 、 和 与PID控制参数变化量相加得到实时整定的PID控制参数 、 和 ,并将PID控制参数 、 和 传输至PID控制器用于控制半导体制冷片的热端制热。

3.根据权利要求2所述的极地环境的应力腐蚀实验装置,其特征在于:所述PID参数获取模块是将温度误差e(t)和误差变化率ec作为输入变量,定义输入变量e(t)的基本论域为,模糊论域为 ,量化因子为 ,定义输入变量ec的基本论域为,模糊论域为 ,量化因子为 ,将PID控制参数变化量 、

和 作为输出变量,定义输出变量的基本论域为 , 的模糊论域为

,量化因子为 , 的模糊论域为 ,量化因子为

, 的模糊论域为 ,量化因子为 ,分别将输入变量和

输出变量的模糊子集设定NB、NM、NS、ZO、PS、PM和PB七个等级,并采用高斯函数为隶属度函数,模糊控制根据模糊规则表进行模糊推理,得到输出变量模糊子集,经过清晰化处理后得到输出控制量。

4.根据权利要求3所述的极地环境的应力腐蚀实验装置,其特征在于:所述PID参数获取模块的神经网络结构由输入层、模糊化层、模糊推理层和输出层组成,输入层的作用是输入温度误差e(t)和误差变化率ec,其函数表达式为: ,式中, , ;

模糊层是将输入变量模糊化,创建输入变量的模糊子集,选择高斯函数为其隶属函数,其函数表达式为:,

式中 为高斯型隶属函数的中间值, 为高斯型隶属函数的基宽;

模糊推理层根据模糊规则表进行模糊推理,其函数表达式为:

式中 为模糊推理函数, 为输入变量模糊子集的等级数;

输出层将模糊推理后的模糊量进行清晰化处理,得到PID控制参数变化量 、 和,其函数表达式为:,

式中 为转换权值;

最后将初始PID控制参数 、 和 与PID控制参数变化量相加得到实时整定的PID控制参数 、 和 。

5.根据权利要求4所述的极地环境的应力腐蚀实验装置,其特征在于:所述PID控制器根据温度误差信息和PID控制参数控制半导体制冷片的热端制热,其函数表达式为:,

式中, 为PID控制器输出量, 为PID比例控制参数, 为PID积分控制参数, 为PID微分控制参数。

6.根据权利要求1所述的极地环境的应力腐蚀实验装置,其特征在于:所述第一散热组件包括通过导热硅脂和半导体制冷片贴合胶与半导体制冷片(15)的热端相连的第一散热块(13)以及固定于第一散热块的翅片一侧朝向腐蚀介质盒的第一散热风扇(12)。

7.根据权利要求1所述的极地环境的应力腐蚀实验装置,其特征在于:所述第二散热组件包括通过导热硅脂和半导体制冷片贴合胶与半导体制冷片(15)的冷端相连的第二散热块(16)以及固定于第二散热块的翅片一侧朝向低温环境盒的第二散热风扇(17)。

8.根据权利要求1所述的极地环境的应力腐蚀实验装置,其特征在于:所述半导体制冷片(15)外围覆盖有隔热棉(14)。

9.根据权利要求1所述的极地环境的应力腐蚀实验装置,其特征在于:所述低温介质盒上设置有用于通入和排出液态低温介质的导管(7),该导管上设置有开关阀门。