工業(yè)電爐如何實現(xiàn)恒溫控制

   電爐的工業(yè)應(yīng)用非常廣泛，爐溫的恒溫控制在電爐應(yīng)用中是不可缺少的。工業(yè)電爐是一種大慣性系統(tǒng)，要精確控制其溫度是比較困難的。目前在工業(yè)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(shù)學(xué)模型要求不高，甚至在不知道對象數(shù)學(xué)模型的場合，只要耐心調(diào)整P,I,D三個參數(shù)，也能在一定程度上達(dá)到控制要求。但是，由于這種方式帶有相當(dāng)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。本文介紹采用相關(guān)辨識和最優(yōu)控制方法，通過現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)卡爾曼濾波、動態(tài)規(guī)劃等現(xiàn)代控制理論，實現(xiàn)工業(yè)電爐恒溫控制的方法，達(dá)到了預(yù)期控制目標(biāo)。 

　　電爐系統(tǒng)的加熱能源由220V單相交流電提供。爐溫調(diào)節(jié)采用調(diào)整可控硅導(dǎo)通角進(jìn)而改變加熱爐供電電壓有效值的方法實現(xiàn)爐溫控制。木恒溫控制系統(tǒng)的工作過程是:220V交流電通過可控硅調(diào)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(jīng)過模擬放大器和A/D變換后，送往微型計算機(jī)，計算機(jī)按照最優(yōu)控制算法給出相應(yīng)的控制量，送可控硅觸發(fā)電路，改變可控硅導(dǎo)通角，調(diào)節(jié)供電電壓有效值，實現(xiàn)爐溫控制。加熱爐恒溫控制要求:(400±3)℃。為了盡量穩(wěn)定爐溫，我們將加熱源分為二部分:一部分為粗調(diào)熱源，通過調(diào)壓器為工業(yè)電爐提供爐溫達(dá)到350℃左右的熱量，這部分熱量隨環(huán)境、供電電壓等變化而變化;另一部分為精調(diào)熱源，通過準(zhǔn)確調(diào)節(jié)這部分加熱量，可以使系統(tǒng)克服因環(huán)境、供電電壓等干擾因素引起的爐溫波動，達(dá)到恒溫控制要求。

　　為應(yīng)用最優(yōu)控制理論實現(xiàn)上述控制目標(biāo)，首先應(yīng)建立對象的數(shù)學(xué)模型。在木文中，系統(tǒng)被近似看作大‘眨勝的線性定常系統(tǒng)，并假設(shè)系統(tǒng)過程為具有各態(tài)歷經(jīng)性的平穩(wěn)隨機(jī)過程(控制效果表明這種假設(shè)能夠滿足控制要求)。我們使用現(xiàn)場實驗和相關(guān)分析方法，建立加熱爐系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并將控制器以外的各系統(tǒng)組成環(huán)節(jié)都?xì)w入對象一并建模，簡化了系統(tǒng)建模過程。建模的過程是讓系統(tǒng)運行于380℃左右的穩(wěn)態(tài)，然后由計算機(jī)向可控硅觸發(fā)電路發(fā)出一組二位式逆重復(fù)偽隨機(jī)序列信號，控制可控硅導(dǎo)通角，改變加熱爐供電電壓使?fàn)t溫發(fā)生小范圍波動，計算機(jī)同時采樣爐溫值。根據(jù)相關(guān)理論，可以得到系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)的離散值，選擇某一階數(shù)的差分方程，采用曲線擬合方法，便可求出描述系統(tǒng)運動規(guī)律的數(shù)學(xué)模型—差分方程。