电阻炉温度控制系统研究背景意义及现状趋势

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电阻炉温度控制系统研究背景意义及现状

趋势

1研究的背景及意义 ........................................................................................................................ 1 2 国内外研究概况及发展趋势 ....................................................................................................... 2

2.1 国外研究情况 .................................................................................................................... 2 2.2 国内研究情况 .................................................................................................................... 2





1研究的背景及意义

从20世纪20年代开始，电阻炉就在工业上得到使用。随着科学技术的发展，电阻炉被广泛的应用在冶金、机械、石油化工、电力等工业生产中，在很多生产过程中，温度的测量和控制与生产安全、生产效率、产品质量、能源节约等重大技术经济指标紧紧相连。因此各个领域对电阻炉温度控制的精度、稳定性、可靠性等要求也越来越高，温度测控制技术也成为现代科技发展中的一项重要技术。

温度控制技术发展经历了三个阶段：l、定值开关控制；2、PID控制；3、智能控制。 定值开关控制方法的原理是若所测温度比设定温度低，则开启控制开关加热，反之则关断控制开关。其控温方法简单，没有考虑温度变化的滞后性、惯性，导致系统控制精度低、超调量大、震荡明显。PID控制温度的效果主要取决于P、I、D三个参数。PID控制对于确定的温度系统，控制效果良好，但对于控制大滞后、大惯性、时变性温度系统，控制品质难以保证。电阻炉是由电阻丝加热升温，靠自然冷却降温，当电阻炉温度超调时无法靠控制手段降温，因而电阻炉温度控制具有非线性、滞后性、惯性、不确定性等特点。目前国内成熟的电阻炉温度测控系统以PID控制器为主，PID控制对于小型实验用电阻炉控制效果良好，但对于大型工业电阻炉就难以保证电阻炉控制系统的精度、稳定性等。智能控制是一类无需人的干预就能独立驱动智能机械而实现其目标的自动控制，随着科学技术和控制理论的发展，国外的温度测控系统发展迅速，实现对温度的智能控制。应用广泛的温度智能控制的方法有模糊控制、神经网络控制、专家系统等，具有自适应、自学习、自协调等能力，保证了控制系统的控制精度、抗干扰能力、稳定性等性能。比较而言，国外温度控制系统的性能要明显优于国内，其根本原因就是控制算法的不同。




2 国内外研究概况及发展趋势

2.1 国外研究情况

自60年代计算机进入工业领域，国外许多国家就开始了网带式电阻炉计算机优化控制的研究及应用。70年代中后期，国际上对网带式电阻炉数学模型及相应优化控制策略的研究日益活跃，控制系统在网带式电阻炉上的应用不断完善。80年代末期，在工业发达的国家，已普遍实现了网带式电阻炉计算机双级控制，且将各种先进的智能控制方法应用于温度控制，在炉温控制中取得了良好的控制效果。在大型分布式计算机控制系统中，大多采用具有各种智能控制算法和通信功能的温度控制单回路调节器实现。

2.2 国内研究情况

我国从80年代初开始进入网带式电阻炉计算机优化控制应用阶段。多年来，我国的科学工作者进行了大量的卓有成效的研究工作，取得了许多重要的研究成果。将数学模型与炉温控制相结合，引入人工智能的方法，在电阻炉上实现了计算机优化控制。与工业发达国家相比，我国的电阻炉计算机优化控制理论水平已赶上国际先进水平，但起步晚，并且发展十分不平衡。

电阻炉的自动控制，它是微机软、硬件自动控制、电阻炉节能等几项技术紧密结合的产物，无论是基地式仪表阶段，还是单元组合式仪表阶段，都是利用各种仪表对温度进行检测、调节、控制。对于较复杂的系统，难以实现复杂的控制规律，控制精度不高。炉子的自动监控系统在电阻炉的生产运行中具有关键作用。采用微机自动控制系统不但能真实反映炉内热工参数的变化，还有利于实现整套系统的自动调节，可从根本上克服其调节精度差、可靠性不高的缺点。此类系统的稳定性可靠、维护方便、抗干扰能力强，而且可以采用先进的控制算法以进一步提高控制性能和控制精度，取得高产、优质、低耗和少污染的效果。

国内微机控制的控制算法主要有：

①应用Fuzzy-PID复合控制方法，实现了PID控制参数(kp，ki，kd)的在线优化，提高了系统控制品质。

②网带式电阻炉温度的状态反馈控制方法，通过设计状态反馈控制器(SFC)，改善了电阻炉温度控制系统的控制品质。

③基于模糊神经网络的智能炉温控制系统，该系统将人工神经网络控制技术与模糊控制技术结合，用神经网络代替传统的模糊控制器的隶属函数和权值，实现模糊规则的自动更新，

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