太阳能沼气池自动控制系统设计与仿真.pdf

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1、2011年第30卷第9期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)109太阳能沼气池自动控制系统设计与仿真李丽丽，施伟(辽宁工程技术大学电子与信息工程学院，辽宁阜新123000)摘要：为解决北方地区由于冬季气温和地温低而产生的沼气池产气率低与使用率低等问题，建立了基于渗流理论的三维导热控制模型，该模型将沼气池和周围土壤看成一个有机整体，通过分析和调控沼气池周围土壤温度达到发酵液恒温的效果。设计了太阳能沼气池自动控制系统，利用太阳能集热系统加热料液，并自动控制液料发酵温度在±2oC范围内波动。采用Proteus和Matlab进行系

2、统仿真，验证了控制模型和系统的正确性。关键词：太阳能；自动控制；沼气；系统仿真中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1000--9787(2011)09-0109-03DesignandsimulationofsolarenergymarshgastankautomaticcontrolsystemLILi-li，SHIWei(SchoolofElectronicsandInformationEngineering，LiaoningTechnicalUniversity，Fuxin123000，China)Abstract：Tosolvetheproblemoflow

3、gasproductionrateandlowutilizationrateinnorthernregionsinwinter．A3Dthermalcontrolmodelbasedonthetheoryofpercolationisestablished．Inthismodel，themarshgastankandthesurroundingsoilareseenasanorganicwhole，itmakesthebroththermostaticbyanalyzingandcontrollingthesoiltemperaturearoundthemarshgastan

4、k．Asolarenergymarshgastankcontrolsystemisdesigned，usingsolarenergyheat—collectingsystemtoheattheliquidmaterial，andautomaticallycontrolthetemperatureoftheliquidmaterialfluctuatingintherangeof±2℃．ItsimulateswithProteusandMatlabtoverifythecorrectnessofcontrolmodelandsystem．Keywords：solarenergy

5、；automaticcontrol；marshgas；systemsimulation0引言池，以维持池体在最佳发酵温度，具体发酵温度可根据不同沼气池在我国广大的农村有着广泛的应用，特别是近地区和不同季节进行设置。系统中太阳能集热模块与外接些年，中央和国务院历届领导对农村沼气的发展都给予了电源加热系统采用并联连接。当太阳能蓄电池电量大于最极大的关注和强有力的支持。在我国北方，由于四季温小剩余电量时，开启太阳能加热支路；若集热器热量无法满差大，对沼气的产量和沼气池的影响很大，特别是北方的冬足沼气散热量时，同时开启外接电源加热采用双热源对池天，由于天气冷，沼气的产量低，不够农户一

6、天的用量，还有体加热；若太阳能蓄电池电量小于最小剩余电量时，只开启可能使沼气池内壁冻裂，使沼气外泄。本文设计太阳能沼动外接电源加热支路。因温度的突然变化对产气量有很大气自动控制系统，针对不同的天气状况，太阳能系统为沼气影响，沼气池内液料的温度变化情况又和周围土壤温度紧池加热，并自动控制发酵温度，提高沼气生产率。密相关，只有采集并控制沼气池周围半径10m以内土壤的1总体设计温度稳定才能保持发酵液温度在±2oC范围内波动。1．1总体设计方案1．2温度控制模型建立如图1所示，系统由温度采集模块、太阳能集热模块、1．2．1物理模型外接电源加热模块、PID温度控制模块、输A／输出模块、

7、报沼气池物理模型依图2所示。模型中A面定义为土警模块组成。系统采用太阳能联合外接动力电源加热沼气壤上表面，B面定义为土壤周边，C面定义为土壤下表面，D收稿日期：2011-07-06基金项目：辽宁省教育厅科研计划资助项目(L2010158)；煤炭工业协会科学技术研究计划资助项目(MTKJ2010-317)；辽宁省教育科学“十一五”规划资助项目(JG10DB247)l1O传感器与微系统第30卷m；A为土壤的导热系数，W／(m℃)；r为土壤中某点距轴心的距离，in；Jr为时间，s。该公式中土壤的导热系数难以测