大型立式焠火炉温度非方系统解耦控制算法研究

摘要

大型立式淬火炉是航空航天领域高强度铝合金构件热处理的关键装备。为保证高强度铝合金构件优质的力学性能和机械硬度，允许的淬火温度范围非常狭窄。淬火炉温度控制系统保证炉内温度高精度高均匀性。大型立式淬火炉体积庞大，采用分区段加热方式，区段之间的强耦合关系是温度控制精度和均匀性的主要影响因素。
　　本文分析了大型立式淬火炉炉体结构以及工艺流程，在基于纵向温度场分布的方系统模型的基础上建立了11输入7输出的多变量非方系统结构模型，获得了炉体温度非方系统传递函数矩阵控制模型。引入广义逆矩阵概念，将对象模型分解为含不稳定极点部分和对角部分进行处理，解决系统求广义逆后产生不稳定极点的问题。提出基于内模控制原理设计解耦内模控制器，实现淬火炉温度非方系统解耦控制算法。并采用经验试凑法选取滤波器参数设计合适的滤波器，提高控制系统的抗干扰能力。将淬火炉多变量解耦内模控制系统结构转化为等效的单位反馈系统，并通过Matlab/Simulink软件对算法进行仿真研究，仿真结果验证了算法的控制精度有效性和稳定性。介绍了某锻造厂IKI大型立式淬火炉温度控制系统，对系统硬件及软件部分进行了详细分析及设计，为解耦控制算法的应用奠定了基础。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文课题研究目的及意义

1．2 解耦控制国内外研究现状分析

1．2．1 传统解耦控制

1．2．2 自适应解耦控制

1．2．3 智能解耦控制

1．2．4 非线性与鲁棒解耦控制

1．2．5 非方系统解耦控制

1．3 大型立式淬火炉温度控制存在问题

1．4 论文主要研究内容和结构安排

2 大型立式淬火炉温度控制系统组成及工作原理

2．1 大型立式淬火炉结构及生产工艺过程

2．1．1 大型立式淬火炉系统结构

2．1．2 大型立式淬火炉生产工艺过程

2．2 大型立式淬火炉温度控制系统组成及工作原理

2．2．1 大型立式淬火炉温度控制系统组成

2．2．2 大型立式淬火炉温度控制系统工作原理

2．3 本章小结

3 大型立式淬火炉温度非方系统解耦内模控制算法

3．1 大型立式淬火炉非方系统概述

3．2 内模控制方法

3．2．1 内模控制结构及原理

3．2．2 内模控制的稳定性分析

3．3 温度非方系统解耦内模控制结构

3．3．1 解耦内模控制器设计

3．3．2 反馈滤波器设计

3．4 仿真分析

3．5 本章小结

4 IKI大型立式淬火炉温度控制系统

4．1 IKI淬火炉温度控制系统组成

4．2 控制系统硬件结构

4．3 系统软件

4．3．1 PLC控制软件设计

4．3．2 上位机HMI设计

4．4 本章小结

5 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 展望

参考文献

附录

攻读学位期间主要的研究成果

致谢