第10卷第4期 2010年8月
过程工程学报
The Chinese Jourmal of Process Engineering
混沌转速搅拌混合及实验研究楚树坡，周慎杰"，栾德玉"，刘孝贤！
(1.山东大学机械工程学院，山东济南250061；2.山东大学信息科学与工程学院，山东济南250100)
VoL.10 No.4 Aug.2010
摘要：将混沌映射与脉冲宽度调制(PWM)技术相结合，开发了一种混沌转速搅拌混合技术。该技术基于一维逻辑斯蒂映射获得混沌数值序列，然后将该数值序列赋予PWM占空比，经全桥驱动电路转变成混沌电压信号，从而使搅拌轴驱动电机转速呈混沌状态，采用酸碱中和脱色法对甘油溶液进行了搅拌混合实验研究。结果表明，在最大转速相同的条件下，为使甘油溶液完全混合均匀，常规匀速搅拌需近9min，而混沌转速搅拌仅需20s，后者所用时间仅为前者的5%
关键词：混沌映射：脉冲宽度调制：混沌转速拌
中图分类号：TQ027.2 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009-606X(2010)04065005
明，混沌转速搅拌可消除层流搅拌中的隔离区，改善混
搅拌是化工、食品加工、制药等过程工业中最常用的混合操作然而，处理中高粘度物料时，搅拌槽内物料因雷诺数低处于层流状态，传统搅拌过程中搅拌器桨叶上下方附近会形成环状隔离区，隔离区的存在使搅拌物料混合不均，混合效果差[1-6]；对有化学反应的搅拌操作甚至会产生副产物，以至影响最终产品品质(5)
近些年，为了消除层流搅拌中的隔离区，改善混合效果，人们对非传统搅拌方式的混合特性进行了研究 Lamberto等[1,2]研究了变转速搅拌方式的混合特性， Karcz等[4]研究了层流状态下偏心搅拌的混合特性.研究发现，这些非常规的搅拌方式可诱发层流搅拌槽内物料混沌混合，消除隔离区，提高混合效率，Ye等采用时间延迟反馈控制电机的方法使电动机产生混沌转动： Zhang等17利用Chua氏电路获得控制电机的混沌模拟信号，使搅拌轴驱动电机的转速呈混沌状态.研究结果表
1.0
(a) x, with respect to k
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0
2.903.08
3.26
3.44 k
3.62
3.81
3.99
合效果。
本工作基于混沌映射算法，利用单片机产生混沌态的脉冲宽度调制(PulseWidthModulation，PWM)信号，经全桥驱动电路转换成混沌电压信号来控制电动机转速，开发了一种可消除层流混合隔离区的混合新技术利用酸碱中和脱色法实验观察了混沌转速搅拌层流状态下的混合效果。
基于混沌映射的电机混沌转动控制
2
混沌是指确定性系统产生的一种对初始条件具有敏感依赖性的类似随机的行为.根据混沌理论8，由混沌映射可得到混沌数值序列，该序列具有遍历性和不可预测性。一维逻辑斯蒂映射是混沌理论中形式简单且最具代表性的混沌映射，它是由倍周期分叉进入混沌的，其形式为
X+1=kx(1x),
(b)Chaotic x, wehrespectoi
1.0 0.8 0.6
X
0.4 0.2
0.0 o
图1一维逻辑斯蒂映射
Fig.1 One-dimensional logistic mapping
10
k=3.95, x,=0.8
20
30
40
50
收稿日期：2009-12-25，修回日期：20100526
作者简介：慧树妆(1984-)，男，山东省济宁市人，硕士研究生，化工过程机械专业：周慎杰，通讯联系人，E-mail:zhousj@sdu.edu.cn 万方数据
09
(1)