硅钼棒加热炉双闭环控制技术研究

摘要

工业生产中对高温熔体粘度测试数据要求的不断提高激励了高温熔体粘度测试研究不断发展。由于熔体粘度与温度的关系非常密切，特别是在高温环境下，温度变化1℃时，熔体的粘度变化达百分之几至十几，温度控制精度直接影响粘度测试的精度。因此在粘度测试系统中硅钼棒加热炉温度控制的优劣成为影响粘度测试装置设计成败的主要因素之一。本文对硅钼棒加热炉温度控制技术的研究具有较高的理论意义和工程实用价值。
　　硅钼棒加热炉是一类具有较大的滞后性、非线性、参数时变性的控制对象，单纯采用PID控制或模糊控制都不会取得较好的控制效果。纯滞后对象被公认为较难控制的过程，而温度控制过程一般都具有参数或结构时变性，这无疑加大了控制的难度。硅钼炉是在金属、陶瓷和冶炼炉渣等材料的烧结、分析等实验和生产中常用的加热设备之一，企业中常用的硅钼棒加热炉温度控制系统大多存在着控制精度不高，升温速度慢等问题，急需技术改进。本论文针对硅钼炉温度控制系统的实际问题展开研究，论文主要内容包括以下3个方面：
　　①介绍了高温熔体粘度测试仪的组成和测试原理和硅钼棒炉温度控制系统的研究现状；对大滞后过程的特性进行了分析，阐述了大滞后系统的传统控制理论，并对其优缺点进行了分析，为硅钼炉的温度控制方案的确定奠定理论基础。
　　②结合实验数据和相关文献资料阐述了硅钼炉的温度工作特性及其温度控制难点。结合硅钼炉的工作特性，作者给出了硅钼炉的数学模型，设计了一种电流+温度的双闭环自适应模糊PID温度控制系统。内环为电流控制器，采用PI控制。内环控制能有效地克服了硅钼棒随着温度升高带来的电阻干扰，恒定加热电流,提高了升温速度。外环温度控制器采用阈值控制和自适应模糊PID控制。温度偏差较大时采用阈值控制，偏差较小时则通过模糊规则在线自调整 PID参数，提高控制器对控制对象参数变化的适应能力。
　　③对本文设计的温度控制系统进行了相关的仿真研究。在Matlab仿真平台下建立了双闭环自适应模糊PID控制系统和单环PID控制系统的仿真模型；给控制对象加入模拟电阻、温度干扰的干扰信号，并改变控制对象参数的条件下进行仿真研究。仿真结果表明算法不仅很好的满足了粘度测试系统对硅钼炉温度控制的动静态性能要求，而且提高了系统的抗干扰能力和鲁棒性。

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1 绪 论

1.1 论文研究背景和意义

1.2 硅钼棒加热炉控制系统的研究现状

1.3 本文主要研究内容

1.4 本章小结

2 大滞后过程控制系统的控制技术分析

2.1 大滞后环节

2.2 大滞后环节的特性分析

2.3 大滞后环节对控制品质的影响

2.4 大滞后系统控制算法分析

2.5 本章小结

3 硅钼棒加热炉的双闭环控制系统的设计

3.1 硅钼棒加热炉的工作特性分析及其控制难点

3.2 硅钼棒加热炉的数学模型

3.3 硅钼棒加热炉双闭环控制系统的基本结构与基本原理

3.4 双闭环控制器的设计

3.5 本章小结

4 硅钼棒加热炉温度控制系统的仿真研究

4.1 仿真工具介绍

4.2 系统仿真模型的建立

4.3 Matlab仿真实验和结果分析

4.3 本章小结

5 结论和展望

致谢

参考文献