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工业电炉如何实现恒温最优控制

    电炉的工业应用非常广泛,炉温的恒温控制在电炉应用中是不可缺少的。工业电炉是一

种大惯性系统,要精确控制其温度是比较困难的。目前在工业电炉温度控制中,多采用PID

控制器,其特点是对受控对象的数学模型要求不高,甚至在不知道对象数学模型的场合,只要耐心调整P,I,D三个参数,也能在一定程度上达到控制要求。但是,由于这种方式带有相当程度的“猜测’性,在控制精度要求较高的场合,PID控制往往难以满足要求。木文介绍采用相关辨识和最优控制方法,通过现场实验数据建立系统数学模型,并根据卡尔曼滤波、动态规划等现代控制理论,实现工业电炉恒温控制的方法,达到了预期控制目标。

    电炉系统的加热能源由220V单相交流电提供。炉温调节采用调整可控硅导通角进而改变加热炉供电电压有效值的方法实现炉温控制。木恒温控制系统的工作过程是:220V交流电通过可控硅调压器后,向加热炉供电,同时热电偶检测加热炉的温度值。如果炉温偏高,热电偶输出温度的电信号,经过模拟放大器和A/D变换后,送往微型计算机,计算机按照最优控制算法给出相应的控制量,送可控硅触发电路,改变可控硅导通角,调节供电电压有效值,实现炉温控制。加热炉恒温控制要求:(400±3) ℃。为了尽量稳定炉温,我们将加热源分为二部分:一部分为粗调热源,通过调压器为工业电炉提供炉温达到350℃左右的热量,这部分热量随环境、供电电压等变化而变化;另一部分为精调热源,通过准确调节这部分加热量,可以使系统克服因环境、供电电压等干扰因素引起的炉温波动,达到恒温控制要求。

    为应用最优控制理论实现上述控制目标,首先应建立对象的数学模型。在木文中,系统被近似看作大‘眨胜的线性定常系统,并假设系统过程为具有各态历经性的平稳随机过程(控制效果表明这种假设能够满足控制要求)。我们使用现场实验和相关分析方法,建立加热炉系统的数学模型,并将控制器以外的各系统组成环节都归入对象一并建模,简化了系统建模过程。建模的过程是让系统运行于380℃左右的稳态,然后由计算机向可控硅触发电路发出一组二位式逆重复伪随机序列信号,控制可控硅导通角,改变加热炉供电电压使炉温发生小范围波动,计算机同时采样炉温值。根据相关理论,可以得到系统的脉冲响应函数的离散值,选择某一阶数的差分方程,采用曲线拟合方法,便可求出描述系统运动规律的数学模型—差分方程。

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