基于模糊PID的硬质合金烧结炉温度控制系统开发及应用

摘要

硬质合金烧结是硬质合金生产的关键工序，烧结过程中的温度控制是保证硬质合金生产质量的关键。近几年来，国内市场对压力烧结设备的需求在不断增加，而国外公司对关键技术的保密以及过高的设备价位，严重制约了我国硬质合金工业的发展。运用先进控制方法研究复杂工业过程条件下的温度控制问题，提出合理的控制算法并加以实现，对提高硬质合金产品质量、节能降耗具有重大意义。 由于设备结构和工艺特性具有高度非线性、时变性、不确定性和大滞后等特点，难以建立精确的数学模型，采用传统的方法难以解决硬质合金烧结炉的温度控制问题。本文首先分析了目前烧结炉的控制方法，找出传统PID控制的不足；针对PID固定参数在非线性环境下难以保证系统性能的缺陷，提出采用模糊策略增强PID控制在非线性系统中的有效性，即采用模糊推理的方式自整定PID控制参数；基于对烧结炉的结构特点和控制性能要求，论文提出了模糊PID控制的基本框架和模糊规则、论域等相关参数的整定方法，设计了模糊PID炉温控制器的控制策略；论文将该模糊PID控制器用于烧结炉控制系统，提出了PLC和上位机的程序实现方法，从而完成了模糊PID控制的工业应用。实际运行效果证明，该控制器比原有的PID控制器在性能上有较明显的提高，控制方案是有效且实用的。

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声明

第一章绪论

1.1项目背景和研究目的及意义

1.2硬质合金烧结炉温度控制技术研究现状

1.2.1硬质合金烧结工艺发展

1.2.2硬质合金烧结炉温度控制技术的发展现状

1.3本文的工作安排

第二章烧结炉工艺及温度控制系统分析

2.1烧结—热等静压工艺

2.1.1压力烧结工艺

2.1.2烧结炉温度控制过程分析

2.2模糊PID温度控制策略

2.2.1常规PID控制策略分析

2.2.2模糊自整定PID温度控制策略

2.3系统总体技术指标

2.4烧结炉温度控制系统结构

2.5本章小结

第三章烧结炉模糊PID温度控制器设计

3.1模糊PID控制

3.1.1模糊控制

3.1.2模糊PID控制

3.1.3模糊PID控制器的设计方法

3.2烧结炉模糊PID温度控制器的设计

3.2.1模糊PID控制器的输入输出变量及其模糊化

3.2.2模糊PID控制器调整规则

3.2.3模糊PID控制算法

3.3本章小节

第四章压力烧结炉工业实现

4.1系统总体设计

4.2系统硬件设计

4.3系统软件功能及模块分析

4.4 PLC控制系统软件设计

4.4.1系统主程序设计

4.4.2模糊PID温度控制子程序设计

4.5上位机界面设计

4.5.1上位机软件功能开发工具

4.5.2系统软件界面结构

4.5.3主要界面图

4.6运行效果分析

4.7本章小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文及科研成果