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工業(yè)電爐如何實(shí)現(xiàn)恒溫控制

發(fā)布時(shí)間:2014-12-05

  電爐的工業(yè)應(yīng)用非常廣泛,爐溫的恒溫控制在電爐應(yīng)用中是不可缺少的。工業(yè)電爐是一種大慣性系統(tǒng),要精確控制其溫度是比較困難的。目前在工業(yè)電爐溫度控制中,多採(cǎi)用PID 控制器,其特點(diǎn)是對(duì)受控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型要求不高,甚至在不知道對(duì)象數(shù)學(xué)模型的場(chǎng)合,只要耐心調(diào)整P,I,D三個(gè)參數(shù),也能在一定程度上達(dá)到控制要求。但是,由於這種方式帶有相當(dāng)程度的猜測(cè)性,在控制精度要求較高的場(chǎng)合,PID控制往往難以滿足要求。本文介紹採(cǎi)用相關(guān)辨識(shí)和最優(yōu)控制方法,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,並根據(jù)卡爾曼濾波、動(dòng)態(tài)規(guī)劃等現(xiàn)代控制理論,實(shí)現(xiàn)工業(yè)電爐恒溫控制的方法,達(dá)到了預(yù)期控制目標(biāo)。 

  電爐系統(tǒng)的加熱能源由220V單相交流電提供。爐溫調(diào)節(jié)採(cǎi)用調(diào)整可控矽導(dǎo)通角進(jìn)而改變加熱爐供電電壓有效值的方法實(shí)現(xiàn)爐溫控制。木恒溫控制系統(tǒng)的工作過(guò)程是:220V交流電通過(guò)可控矽調(diào)壓器後,向加熱爐供電,同時(shí)熱電偶檢測(cè)加熱爐的溫度值。如果爐溫偏高,熱電偶輸出溫度的電信號(hào),經(jīng)過(guò)模擬放大器和A/D變換後,送往微型電腦,電腦按照最優(yōu)控制演算法給出相應(yīng)的控制量,送可控矽觸發(fā)電路,改變可控矽導(dǎo)通角,調(diào)節(jié)供電電壓有效值,實(shí)現(xiàn)爐溫控制。加熱爐恒溫控制要求:(400±3)℃。為了儘量穩(wěn)定爐溫,我們將加熱源分為二部分:一部分為粗調(diào)熱源,通過(guò)調(diào)壓器為工業(yè)電爐提供爐溫達(dá)到350℃左右的熱量,這部分熱量隨環(huán)境、供電電壓等變化而變化;另一部分為精調(diào)熱源,通過(guò)準(zhǔn)確調(diào)節(jié)這部分加熱量,可以使系統(tǒng)克服因環(huán)境、供電電壓等干擾因素引起的爐溫波動(dòng),達(dá)到恒溫控制要求。

  為應(yīng)用最優(yōu)控制理論實(shí)現(xiàn)上述控制目標(biāo),首先應(yīng)建立對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。在木文中,系統(tǒng)被近似看作大眨勝的線性定常系統(tǒng),並假設(shè)系統(tǒng)過(guò)程為具有各態(tài)歷經(jīng)性的平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程(控制效果表明這種假設(shè)能夠滿足控制要求)。我們使用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和相關(guān)分析方法,建立加熱爐系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,並將控制器以外的各系統(tǒng)組成環(huán)節(jié)都?xì)w入對(duì)象一併建模,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)建模過(guò)程。建模的過(guò)程是讓系統(tǒng)運(yùn)行於380℃左右的穩(wěn)態(tài),然後由電腦向可控矽觸發(fā)電路發(fā)出一組二位式逆重複偽隨機(jī)序列信號(hào),控制可控矽導(dǎo)通角,改變加熱爐供電電壓使?fàn)t溫發(fā)生小範(fàn)圍波動(dòng),電腦同時(shí)採(cǎi)樣爐溫值。根據(jù)相關(guān)理論,可以得到系統(tǒng)的脈衝回應(yīng)函數(shù)的離散值,選擇某一階數(shù)的差分方程,採(cǎi)用曲線擬合方法,便可求出描述系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)模型差分方程。

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