大型立式淬火炉温度分布参数系统参数辨识研究

摘要

大型立式淬火炉是大型高强度铝合金构件热处理的关键装备，这些构件是大型航空航天器的重要组成部分。本文针对大型立式淬火炉的传热特点研究其温度分布参数控制系统的参数辨识算法，满足了大型航空航天构件的高难度淬火工艺要求。 温度是大型航空航天构件淬火热处理工艺的关键指标，大型立式淬火炉体积庞大，炉体结构复杂，各种热交换方式并存，炉内温度分布呈分布参数特性，实现炉内温度在大空间范围内的高精度高均匀性控制难度很大。如果控制系统参数不准确，会使得炉温控制精度低，温度出现过高或过低的现象，炉温过高会造成构件过烧，过低则不能满足构件质量要求。因此，为了获得大型立式淬火炉温度控制的高精度和高均匀性，保证构件质量，需要辨识系统参数。 正交函数逼近法在很大程度上能够保证分布参数模型的空间分布特性，而且具有计算量小，逼近精度高，算法简单等优点。在以块脉冲函数为基函数，利用正交函数变换将由偏微分方程描述的分布参数系统控制模型转化为矩阵代数方程的基础上，根据递推最小二乘原理推导出大型立式淬火炉温度分布参数系统的参数在线辨识算法。辨识过程中充分考虑了大型立式淬火炉温度分布参数系统模型边界条件和初始条件的影响，提高了参数辨识精度。在MATLAB软件平台上对大型立式淬火炉温度分布参数系统控制模型进行仿真实验，并对仿真结果进行分析，得出了空间步长和时间步长对参数辨识精度影响的特性。仿真结果表明该参数辨识算法是有效的，参数辨识精度在8％以内，并且保持了系统的空间分布特性，算法计算量小，能够满足大型立式淬火炉温度分布参数系统的控制规律对参数辨识实时性和精度的要求。

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声明

第一章绪论

1.1课题来源

1.2大型加热炉温度控制研究现状

1.3分布参数系统参数辨识算法综述

1.3.1分布参数系统参数辨识问题描述

1.3.2分布参数系统参数辨识算法研究现状

1.4研究目的及意义

1.5论文研究的主要内容

第二章大型立式淬火炉温度分布参数系统数学模型

2.1淬火工艺及淬火炉结构

2.1.1淬火工艺

2.1.2淬火炉加热过程

2.1.3淬火炉炉体结构

2.2淬火炉温度控制系统原理

2.3淬火炉温度场数学模型

2.3.1热平衡方程

2.3.2简化的离散化模型

2.4淬火炉温度分布参数系统动态控制模型

2.4.1模型复杂性分析和模型简化

2.4.2分布参数系统动态控制模型

2.5 小结

第三章大型立式淬火炉温度分布参数系统的参数辨识

3.1淬火炉温度分布参数控制系统描述

3.2淬火炉温度分布参数系统控制模型变换

3.2.1积分运算矩阵的标准化算法

3.2.2基于正交函数逼近法的控制模型变换

3.3参数辨识的递推最小二乘法

3.4淬火炉温度分布参数系统参数辨识算法

3.5小结

第四章仿真实验及分析

4.1仿真实验及步长分析

4.1.1输入为零仿真示例

4.1.2输入不为零仿真示例

4.2仿真实验结果对比分析

4.3小结

第五章总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文