电阻炉温度控制系统.docx

《电阻炉温度控制系统.docx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、电阻炉温度控制系统一、摘要在计算机科学技术飞速发展的今天，计算机测控技术的研究和工程应用已遍布生活和工业生产的各个环节，并越来越多地受到人们的重视。计算机测控技术的出现，使得传统的电子测量在原理、功能、精度和自动化程度上发生了巨大的变化，使科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。温度控制的关键在于测温和控温两个方面。温度测量是温度控制的基础，这方面的技术比较成熟。但由于控制对象的越来越复杂，在温度控制方面还存在许多问题。本论文提出了基于采用PID算法、Smith预估控制算法、达林算法三种算法作对比研究的工业电阻炉温度计算机控制系统的设计，并利用仿真软件MATLAB

2、／SIMULINK对控制算法进行了仿真，同时对先进的控制算法进行了研究。1.1课题的研究背景及意义温度是生产过程和科学实验中非常普遍而又十分重要的物理参数。在工业生产过程中，为了高效地进行生产，必须对生产工艺过程中的主要参数，如温度、压力、流量、速度等进行有效的控制，其中温度控制在生产过程中占有相当大的比例。准确地测量和有效地控制温度是优质、高产、低耗和安全生产的重要条件。如冶金工业的加热炉、电力工业的锅炉、化学工业的反应炉等设备，通过对温度的监控，保证产品的质量；即使日常生活中的微波炉、电烤箱、电热水器、空调等家用电器也同样需要温度监控。可见温度控制电路广泛应用于社

3、会生活的各个领域，所以对温度进行控制是非常有必要和有意义的。但由于温控设备自身的一些特点，如惯性大、滞后现象严重、难以建立精确的数学模型等，传统的PID控制由于其参数恒定，不能及时跟踪对象特性变化，造成控制系统性能不佳。本文基于这一特点，研究了一种智能控制方案，把常规PID控制、模糊控制及自学习功能结合起来，构成一个基于自学习的模糊自整定PID控制器。并将此控制方案成功运用于对实验室电阻炉温度进行控制，达到了调节时间短、响应速度快、超调量几乎为零且稳态误差在±l℃内的技术要求。由此可见，本课题的设计方案具有可行性和一定的推广性，若能应用与实际生产中，将对提高企业自动化

4、水平、降低生产成本、减轻工人劳动强度等方面起到积极的促进作用。1.2电阻炉温度控制系统的发展状况电阻炉是热处理生产中应用最广泛的加热设备，它在机械、冶金等行业的生产中占有十分重要的地位17堋。对电阻炉温度控制的好坏直接影响工艺要求的温度水平和加热质量，以致直接影响产品的质量、产量和生产消耗指标，所以国内外关于电阻炉自动控制的研究一直备受重视，发展比较快，也取得了较为丰硕的成果。总的来说，电阻炉温度控制技术的发展可分为以下几个阶段：(1)经典控制技术阶段。第一阶段时间为20世纪40一60年代，称之为“经典控制”时期。在60年代以前，一些设备齐全的大型工业电阻炉除了配置一

5、些监测仪表外，还设置PID调浙江理T大学硕+论文节器，以经典控制理论为依据，实现单个参量的自动调节19l。(2)现代控制技术阶段。第二阶段时间为20世纪60一70年代，称之“现代控制技术”时期。国际上，主要采用系统辨识、最优控制、自适应控制等控制技术对炉温进行控制，如美国Conshohochen厂在六七十年代曾在轧机控制中，引入在线参数估计机制和离散化模型，通过运用广义最小方差控制策略建立相应的冶金加热炉自适应控制系统110l。(3)智能控制技术阶段。第三阶段时间为20世纪70年代末至今。七十年代末，电阻炉温度控制技术已经基本成熟，逐渐向“智能控制"和“复杂系统控制”

6、的方向发展。近20年来，模糊控制技术、神经网络控制、遗传算法等智能控制技术发展较快，并且在炉温控制系统中都有所应用‘11l。113I。如日本三菱电机公司在1998年开发了MACTUS210系列的模糊PID自校正调节器。这类控制器用模糊控制规则和推理，去优化PID控制器的参数，有较强的适应性，但调节过程复杂。日本山武、霍尼韦尔公司在1995年开发出了商品化的SDC30系列智能型数字调节器，由人工神经元和模糊控制来整定PID控制器参数‘14I。由于我国改革开放的发展，国内引进和生产了一些比较先进的控制设备，但是从整体上讲，我们的电阻炉温度控制技术比国外发达国家要落后四、五

7、十年，一些中小型企业的控制技术仍以模拟仪表系统控制为主导地位，这种系统的控制参数由人工选择，需要配置专门的仪表调试人员，费时、费力且不准确，一旦生产环境发生变化就需要重新设置。控制不方便，控制精度不高，从而造成产品质量低、废品率真高、工作人员的劳动强度大、劳动效率低等，这些都缩减了企业的效益。随着微机控制技术的发展，用微机构成构成计算机控制系统，具有较高的可行性和经济价值。但是，目前国内的一些生产企业和研究机构主要开发一些大型微机控制系统，且大多硬件均是国外进口的，投资成本很高。因此，本课题以实验室电阻炉为研究对象，以单片机为主要硬件平台，编制基于智