钢管中频感应加热的专家模糊控制方法.pdf

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1、第６期刘增环等．钢管中频感应加热的专家模糊控制方法６９２钢管中频感应加热的专家模糊控制方法刘增环张文奎（河北工程大学信息与电气工程学院，河北邯郸０５６０３８）摘要针对钢管热挤压生产过程中，中频感应加热系统的温度控制问题，通过分析生产工艺的要求和现有的温控系统，提出采用专家系统和模糊控制相结合的两层结构控制方法。Ｍａｔｌａｂ仿真和实际应用结果都证实该方法具有响应快、超调小及鲁棒性强等特点。关键词中频感应炉温控系统专家模糊控制中图分类号ＴＨ８６２　　　文献标识码Ａ文章编号　１０００-３９３２（２０１４）０６-０６２９-０４①中频感应加热广泛应用于

2、轧辊表面淬火、棒1专家模糊控制料透热及板坯回火等工业生产领域。在钢管热挤模糊控制和专家系统有机结合的专家模糊控压生产中，加热设备普遍采用环形加热炉预热，中制器的结构框图如图１所示，运用专家系统在线频感应加热炉加热、均热和保温，实现坯料的无氧修正模糊控制器的参数，以提高系统的稳态精度［１］［６］化加热工艺。感应加热过程中的过烧会引起奥和抗干扰能力并实时监测系统状态。氏体晶粒粗大，而且晶界局部出现氧化或熔化，导［２］致晶界弱化。坯料温度的不均匀直接影响热挤［３］压钢管的产品质量，甚至会损坏模具。因此对其温度的控制显得尤为重要。感应加热过程中，存在

3、集肤效应、邻近效应和［４］圆环效应。感应加热过程复杂，因而很难建立精确的数学模型，是一个复杂的非线性、强干扰且［５］大滞后系统。模型预测控制和Ｓｍｉｔｈ预测控制是解决时滞问题的有效方法，但都是基于被控对图１　专家模糊控制器结构框图象精确的数学模型设计的，无法应用于该系统。2中频感应加热系统模糊控制依赖模糊规则和模糊变量的隶属度函中频感应加热是利用电磁感应原理和焦耳－数，不依赖对象的数学模型，是针对复杂控制对象楞次定理，通过交变电流在工件中产生涡流来加的一种较好的控制方法，具有适应性好、超调小及热工件的。当感应加热圆柱形钢坯时，由于集肤鲁棒性强

4、等优点。但是，模糊控制是根据当前测效应，只有表面会快速升温，而中心部分则需要从定的被控量来确定控制量的，这就使得控制成为［４］表面温区向内部低温区传导热量。钢坯感应加事后控制，对于大滞后系统，模糊控制无法取得良热过程中，快速加热阶段温差较大，并且径向大于好的控制效果。而专家系统在非线性且大滞后的纵向，均热段温差较小；加热阶段表面温度最高；情况下能取得良好的控制效果，但专家系统一般均热阶段最高温度区域从表面向内部移动，随着不能间接地对生产过程和被控对象进行控制。［７］均热时间的延长，心部温度会超过表面。笔者针对钢管热挤压生产过程中，中频感应中频

5、感应加热电源是将工频电源转换为感应加热系统的温度控制问题，通过分析生产工艺的加热所需频率的单相电源的变频器。电源主要由要求和现有的温控系统，提出了专家系统和模糊控制相结合的两层结构控制方法。①收稿日期：２０１３-１０-１３３６０化工自动化及仪表第４１卷［１０］整流电路、滤波电路、逆变电路以及控制和保护电在线调整。模糊控制器中量化因子和比例因路构成。电源加热工作时，整流电路将输入的三子的知识获取，对系统响应的影响如下：相工频交流电转换为直流电，经滤波电路滤波后a．增大Ke，系统响应时间变短，超调增大，变成平滑的直流电，而逆变器则将直流电转换为使

6、收敛变慢，严重时会产生振荡；但Ke过小，系统［８］电路所需频率的单相交流电供给负载。电源的响应时间变长，静态误差增大，同样会使收敛变负载是由加热线圈和被加热工件组成的，为提高慢。加热电源的功率因数和效率，电感线圈并联或串b．增大Kec，超调量变小，系统的响应速度联电容，由此产生谐振来加热工件。控制部分是变慢；但Kec过小，不利于抑制超调。通过专家模糊控制器将温度信号转换为触发电路c．增大Ku，系统的动态响应过程变短；但在的控制信号，来控制电源的输出功率。收敛阶段，过大的Ku将引起调和振荡。3基于专家系统的模糊控制器现以不锈钢感应加热为例，工艺

7、要求钢坯加3．1模糊控制器热到１２３０℃，将一般闭环系统的阶跃响应曲线一维模糊控制器动态控制性能不佳，但模糊（图２）作为该系统的模拟曲线进行分析，具体如控制器维数过高，控制算法的实现又很困难，目前下：［９］广泛采用二维模糊控制器。笔者设计的钢管中a．oa段。e＞０且ec＜０且e＞４３０，上升阶频感应加热专家模糊温控系统采用双输入／单输段，为使系统尽快消除偏差，应增大Ke和Ku，并出结构，选取感应炉炉内坯料温度的偏差e和偏保持Kec不变。差变化率ec作为输入信息，输出控制量u为电源b．ab段。e＞０且ec＜０且e＜４３０，系统趋功率。检测机构测

8、得的e和计算所得的ec是连向稳态，为使系统不出现超调，应增大Kec，同时续变化量，通过量化因子Ke和Kec，将输入量的基减小Ke和Ku。本论域离散化为［－６，６］中