目前,高压窄脉冲设备被广泛运用于杀菌和除尘等领域,但简陋的设备和落后的控制系统已经无法满足工业需求。因此研发功能强大、性能可靠、操作方便的高压窄脉冲设备迫在眉睫。为了保证设备稳定运行和减少人为干预,先进的控制系统更是必不可少。本文主要阐述高压窄脉冲杀菌关键技术和设备控制系统,具体工作和创新点如下:(1)分析了脉冲杀菌机理。通过分析电穿孔和电崩解理论,了解了脉冲杀死微生物的原理;通过分析杀菌效率数学模型,得出电场强度越高,微生物残活率越低的结论;通过分析高压窄脉冲特性对杀菌效果的影响,发现脉冲宽度越低,可获得的脉冲电压越高,杀菌效率越高以及双极性方波脉冲的杀菌效果优于其他波形的脉冲。(2)设计了高压窄脉冲杀菌设备的硬件系统。通过仿真脉冲电源的运行过程,发现电路中应尽可能减少感抗以减小脉冲上升沿,提高脉冲质量。搭建了实际电源电路并为其设计了脉冲驱动和电压控制电路。还设计了低压电源、检测系统、泵送系统、火花信号采集系统和4G联网电路。(3)针对高压击穿火花,通过小波分析和快速频谱分析实现了对火花信号的特征提取;使用SVM(支持向量机)算法实现了对高压击穿火花的准确识别,识别精度最高可达96%;提出了一种基于火花强度的动态击穿火花跟踪控制的方法以实现脉冲电压的反馈控制,通过公式推导和数值仿真验证了该方法相较于传统火花控制拥有更高的平均电压;设计了一种将双向可控硅导通角作为计算参数的升压方法以提高控制算法运行效率。(4)设计了高压窄杀菌脉冲设备控制软件。在安卓工控机上实现了设备流程控制、4G通信和动态击穿火花跟踪控制算法;在DSP平台上完成了对火花信号的采集、分析和识别;在自主搭建的高效云服务器上完成了后台部署和数据库存储表的设计;在微信小程序平台上设计了包含不同用户权限的远程控制系统;设计了可靠的私有通信协议以适应多种通信方式。高压窄脉冲杀菌设备及其控制系统包含数字可调脉冲电源、设备参数实时监控、动态火花跟踪控制、脉冲电压反馈调节、数据云备份、远程控制等功能。该系统具有自动化程度高、人机界面友好、安全可靠性高等优点。