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工業電爐如何實現恒溫最優控制

作者: 發布時間:2014-03-26 12:56:06 瀏覽次數:

       電爐的工業應用非常廣泛,爐溫的恒溫控制在電爐應用中是不可缺少的。工業電爐是一種大慣性系統,要精確控制其溫度是比較困難的。目前在工業電爐溫度控制中,多采用PID 控制器,其特點是對受控對象的數學模型要求不高,甚至在不知道對象數學模型的場合,只要耐心調整P,I,D三個參數,也能在一定程度上達到控制要求。但是,由于這種方式帶有相當程度的“猜測’性,在控制精度要求較高的場合,PID控制往往難以滿足要求。木文介紹采用相關辨識和最優控制方法,通過現場實驗數據建立系統數學模型,并根據卡爾曼濾波、動態規劃等現代控制理論,實現工業電爐恒溫控制的方法,達到了預期控制目標。

  電爐系統的加熱能源由220V單相交流電提供。爐溫調節采用調整可控硅導通角進而改變加熱爐供電電壓有效值的方法實現爐溫控制。木恒溫控制系統的工作過程是:220V交流電通過可控硅調壓器后,向加熱爐供電,同時熱電偶檢測加熱爐的溫度值。如果爐溫偏高,熱電偶輸出溫度的電信號,經過模擬放大器和A/D變換后,送往微型計算機,計算機按照最優控制算法給出相應的控制量,送可控硅觸發電路,改變可控硅導通角,調節供電電壓有效值,實現爐溫控制。加熱爐恒溫控制要求:(400±3)℃。為了盡量穩定爐溫,我們將加熱源分為二部分:一部分為粗調熱源,通過調壓器為工業電爐提供爐溫達到350℃左右的熱量,這部分熱量隨環境、供電電壓等變化而變化;另一部分為精調熱源,通過準確調節這部分加熱量,可以使系統克服因環境、供電電壓等干擾因素引起的爐溫波動,達到恒溫控制要求。

  為應用最優控制理論實現上述控制目標,首先應建立對象的數學模型。在木文中,系統被近似看作大‘眨勝的線性定常系統,并假設系統過程為具有各態歷經性的平穩隨機過程(控制效果表明這種假設能夠滿足控制要求)。我們使用現場實驗和相關分析方法,建立加熱爐系統的數學模型,并將控制器以外的各系統組成環節都歸入對象一并建模,簡化了系統建模過程。建模的過程是讓系統運行于380℃左右的穩態,然后由計算機向可控硅觸發電路發出一組二位式逆重復偽隨機序列信號,控制可控硅導通角,改變加熱爐供電電壓使爐溫發生小范圍波動,計算機同時采樣爐溫值。根據相關理論,可以得到系統的脈沖響應函數的離散值,選擇某一階數的差分方程,采用曲線擬合方法,便可求出描述系統運動規律的數學模型—差分方程。

 

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