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1、温度控制器论文青铜器纹饰论文高真空退火炉模糊自适应温度控制器的研究摘要:针对高真空退火炉温度分布不均匀,工件温度响应速度慢,易出现较大超调量的特点,本文提出了一种在线参数自适应模糊控制器的设计方案,能实现不同状态下温度的自动控制。实验表明,方案实施切实有效。 Abstract:Forthehighvacuumannealingfurnacecharacteristics:temperatureunevendistribution,slowworkpiecetemperatureresponse,pronetolargeovershoot,thispaperpres
2、entsanonlineparameterself-adaptivefuzzycontrollerdesign,toachieveantomaticcontrolofthetemperatureunderdifferentconditions.Experimentsshowthattheprogramisworkableandeffective. 关键词:模糊控制;在线调整;温度控制 Keywords:fuzzycontrol;onlineadaptive;temperaturecontrol 中图分类号:TH11文献标识码:A文章编号:1006-4311(2
3、010)25-0131-02 0引言 高真空退火炉是对晶体进行退火处理的重要设备。通过不同温度及其不同变化率下的退火处理可以消除晶体中的残余应力、改善晶体性能,是晶体生产中非常重要的工艺过程,直接关系到产品的质量。这个过程要求炉温按照指定的速度升温,在给定的温度T1保温一定时间t1后,再按给定的速度升温至温度T2,保温一定时间t2后,再按指定的速度降温。由于高真空退火炉是一个特性参数随炉温变化而变化的被控对象,加热方式与普通电炉不同:真空炉传热的传热途径只有辐射,没有传导和对流,因此,高真空退火炉炉膛温度具有分布不均匀、响应速度慢、工件温度滞后严重、易出现较大超
4、调量等特点。为使温度均匀,常需布置多点加热,因此要求温控系统不仅能综合协调全部热源,而且能根据不同状态自动调整控制参数,常规PID控制方法和单独的模糊控制方法均难以满足这种要求。本文针对上述特点,提出了一种在线参数自调整的模糊控制方案,不仅使温度控制系统具有了良好的动态响应特性、较小的超调量和较高的稳态精度,同时也提高了控制系统对不同状态的适应能力。根据本方案研制的控制器已在实际生产中得到应用,完全能够满足晶体退火工艺要求。 1模糊温度控制器的设计 1.1基本原理该模糊温度控制器的结构如图1所示。系统主要由基本模糊控制器、参数自调整机构和Bang-bang控制环
5、节组成。在控制的初期阶段,采用bang-bang控制作为引导控制,当误差小于设定阈值时用系统进入模糊控制阶段,在控制系统中,模糊量化因子Ke、Kec和输出比例因子Ku对控制器的控制效果有较大影响。在控制过程中,由参数自调整机构根据误差e和误差变化率的不同,在线调整参数Ke、Kec和Ku的大小,实现了对输入信号基本论域的在线调整,从而改善了控制系统的动、静态性能,而且也使其自适应能力得到了提高。 1.2基本模糊控制器以误差e和误差的变化作为输入量,控制量的变化量u为输出量,相应的模糊集为E,EC,U,其论域均定义为[-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3
6、,4,5,6];模糊语言变量均定义为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},分别表示负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。隶属函数曲线均选为三角形。 通过总结实际温度控制经验,写出49条模糊条件语句R:ifE为AiandEC为BjthenU为Cij。其中,Ai为误差模糊子集,Bj为误差变化模糊子集,Ci为输出量模糊子集。根据Mamdani推理方法求得模糊关系矩阵为:R=A×B×C,则输出C′为:C′=(A′×B′)?莓R,利用最大隶属度法进行非模糊化,可得到精确的输出值。 1.3自调整机构在模糊控制器的设计中,量化因子Ke、Kec和比例因子Ku对系统的动
7、、静态性能均有影响,如果它们固定不变,很难达到动、静态性能两方面的指标均优良的目标。为此,增加了自调整机构,根据偏差和偏差变化率的大小在线调整Ke、Kec和Ku,从而使控制系统能在被控对象特性变化或存在扰动的情况下保持较好的性能。量化因子Ke、Kec的大小意味着对输入变量误差的不同加权程度,对系统的动、静态特性均有影响。一般说Ke、Kec越大,系统的控制精度越高,但大偏差范围分辨率相应提高,可能导致系统超调,调节时间增加,动态特性变差。Ku在系统响应的上升和稳定阶段有不同的影响,但主要是影响控制系统的动态性能。增大Ku可以提高系统的控制精度和响应速度;减少Ku能
