电阻炉温度控制系统软件设计文献综述

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1、文献综述电阻炉温度控制系统软件设计1前言部分近年来电阻炉在化工、冶金、机械等行业中得到了广泛应用，因此温度控制对于工业生产和科学研究中具有重要意义。其控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点。而传统的控制方式超调大，控制时间长，控制精度低。随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。采用单片机进行炉温控制，具有电路设计简单、精度高、控制效果好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等方面具有重要的现实意义。然而，大多数电阻炉存在着各种干扰因素

2、，将会给工业生产带来极大的不便。因此，在电阻炉温度控制系统的设计中，应尽量考虑到如何有效地避免各种干扰因素而采用一个较好的控制方案，选择合适的芯片及控制算法是非常有必要的。[1]2主题部分温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何的物理变化和化学反应过程都与温度密切联系，因此温度控制是生产自动化的重要任务。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等；控制方案有直

3、接数字控制（DDC）,推断控制，预测控制，模糊控制，专家控制，鲁棒控制，推断控制，PID控制等。本次控制对象是电阻炉。下面简要介绍几种方案。一、控制方案PID控制传统的电阻炉温度控制系统在电阻炉启停状态时,产生很大的冲击电流,对电阻炉设备及电网带来一系列问题并且在温度控制方面误差很大，严重影响产品质量.单片机在电阻炉温度控制系统的应用是基于传统的电阻炉控制,采用单片机系统进行PID控制运算，将控制量输出，控制电阻炉的加热根据系统运行中偏差和偏差变化率状况实施不同的控制策略,使整个过程在最佳工作状态下运行,从而大

4、大降低设备故障率，提高电阻炉设备寿命及产品质量。系统的工作过程为：用键盘将温度的设定值送入单片机，启动运行后，通过信号采集电路将温度信号采集到后，送到A/D转换电路将信号转换成数字量送入单片机系统进行PID控制运算，将控制量输出，控制电阻炉的加热在加热过程中如果温度超过了设置的上限极值时系统发出报警信号，提示操作人员[2]。预估控制对于电阻炉这种具有纯迟延的对象,Smith预估控制是一种非常有效的控制方法,只是对模型精度的敏感性限制了这种方法的应用.所以许多研究人员尝试使用自适应预估控制在线辨识被控对象的动态参

5、数,用辨识参数构造Smith预估器进行预估控制.辨识过程中,纯迟延时间往往事先通过实验测定或用相关分析的方法辨识,然后在认为纯迟延时间准确已知的情况下,用自适应的方法辨识其他的线性参数,进而构造自适应预估器.显然,自适应辨识的精度取决于纯迟延时间的辨识精度,而相关分析需要大量的数据作为基础,所以辨识过程需要很长的时间,当纯迟延时间的估计不准确的时候,自适应律的稳定性和整个系统的控制性能都将不能保证。电阻炉的温度调节可分为动态和稳态2个过程.动态过程主要是调节电阻炉的蓄热量,使炉温升高(降低)到设定的温度值,稳态

6、对应的加热量和散热量相平衡,维持炉温的恒定.不同的炉温设定值对应不同的散热速度,也就需要不同的加热电压来维持其蓄热量的恒定.稳态下,电阻炉温度和加热电压的对应关系是电阻炉的静态特性.PID的调节原理是根据动态偏差来寻找设定值对应的稳态输入电压,调节作用灵敏则调节过程短,但容易过调,超调大,为了避免过调,只能牺牲调节的快速性,二者不可兼顾,并且,不同的温度值,对应对象的静态增益也不同.当设定温度大幅变化时,单一的PID控制器的控制性能难以保证.根据以上的工作过程分析,可通过遍历性实验构造一个电阻炉的静态特性表.当

7、温度不等于设定值时,由BangBang控制器来迅速调节电阻炉的蓄热量,使实际温度尽快趋近设定温度,而当温度达到设定值时,切换到积分控制器,并根据设定温度由静态特性表查出其对应的稳定电压为积分控制器置初值。[3]模糊控制其控制不需要被控对象的精确描述，比较适合电阻炉温度控制，常规的模糊控制算法稳态误差较大。所以一般不选用。基于PID的模糊控制以常规的PID调节为基础，结合模糊控制的思想，根据电阻炉特性的变化，建立以偏差e和偏差变化率ec为输入、PID控制参数Ki和Kp为输出的模糊控制规则，通过模糊推理和输出，自动

8、修改PID参数，以取得最佳控制效果。[4]二、软件部分1　电阻炉温控系统的数学建模从实际应用中,可以知道电阻炉是一种能自衡的对象,将电阻炉炉膛内的温度作为惟一变量,可以写出它的常微分方程。当电阻炉炉膛温度稳定时,则某一时刻加热元件发出的热量Qt应该等于该时刻炉膛中积累的热量Q1和通过炉体散失掉的热量Q2之和,即:　　　　　　Q1、Q2可用下面两个式子表示:　　　　　　　　　　　式中:C