大温升速率加热器的全补偿复合控制

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1、2014年5月第40卷第5期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsMav2014V01．40No．5大温升速率加热器的全补偿复合控制李万国付永领祁晓野(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191)摘要：开发了接触式电加热器，用于对高温材料同时加热和加压的性能实验，重点研究大温升速率加热工况下的温度控制问题．分析了该工况下加热器数学模型的特殊性，据此开发了基于给定值的近似全补偿顺馈．反馈复合控制方法(简称全补偿复合控制)．通过相应的实验验证了数学模型的正确性，进而对这种全补偿复合控制与经

2、典PID方法进行了温控性能对比实验，结果表明全补偿复合控制具有更好的温度曲线跟踪性能和加热平稳性，并且能有效地抑制加热电源的死区效应．由于所推导的数学模型适用于一般加热器，因而这种全补偿复合控制方法对一般加热器的大温升速率工况具有通用性．关键词：顺馈-反馈复合控制；传导加热器；温升速率；温度控制；全补偿中图分类号：TP271文献标识码：A文章编号：1001．5965(2014)05-0639-05FullcompensationcombinedcontrolforheaterwithhighheatingrateLiWanguoFuYonglingQiXiaoye(SchoolofMe

3、chanicalEngineeringandAutomation，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Contact-typeconductionelectricheaterwasdevelopedfortestinghigh-temperaturematerialHa-derbothheatandpressure．Forthisheater，temperaturecontrolunderhighheatingratewasstudied．Thespe-cificityof

4、themathematicalmodeofgeneralheatersunderhighheatingratewasanalyzed，thereforeapproxi-matelyfullcompensationfeedforward—feedbackcombinedcontrol(FCCC)waspresented．Correspondingex—perimentsprovethededucedmathematicalmodel．Moreover，comparativeexperimentsofclassicalPIDcontrolandtheFCCCwereperformed．Th

5、eresultsshowthattheFCCChasbettertrackingperformancefortempera-turecurve，betterstabilityandhigherabilitytorestrainhead—regionoftheheatingelectricpowersupply．TheFCCCisapplicabletogeneralheaters，becausethededucedmathematicalmodelissuitableforhighheatingrateoperationofgeneralheaters．Keywords：feedfor

6、ward-feedbackcombinedcontrol；conductionheater；heatingrate；temperaturecon—trol：fullcompensation对于某些材料的热学性能及热强度实验，需要对其表面同时进行大温升速率加热和施加机械压力载荷，由于机械加载装置覆盖了加热表面，采用辐射加热器加热比较困难，为此开发了接触式电加热器，其中的一项重要内容便是解决大温升速率的温度控制问题．目前，采用辐射加热方式的电阻炉得到了广泛应用，其温控技术已相当成熟．常规的工业用途的电阻炉一般不要求大的温升速率，经典的PID控制方法就能获得满意的效果．温控精度要求高的场合，

7、可以针对具体情况，在PID基础上进行改进，如李金堂等应用修改后的PID方法有效抑制了温度曲线拐点处的超调⋯；为了抑制加热系统的大迟滞、非线性和时变特性对温控精度的影响，收稿日期：2013-10—10；网络出版时间：2013-12-2617：00：DOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2013．0573网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20131226．1700．001．html