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硅碳棒加热炉具有参数时变的特性
    在Matlab平台下,建立了硅碳棒加热炉双闭环模糊自适应PID控制系统的仿真模型,并与常规的PID控制系统进行了一定的仿真对比研究。先简要介绍了仿真工具,建立了仿真模型;然后在给系统加入各种干扰和改变控制对象模型参数的情况下,进行了一系列仿真实验并给出了仿真结果。从仿真结果图和实验数据我们可以看出双闭环控制自适应模糊PID温度控制系统能有效的抑制加热炉工作时的常见的干扰,提高了控制系统的对环境变化的适应能力和鲁棒性,改善了温度控制系统的动静态品质。
    本论文以某钢铁公司的炉渣粘度测试仪研制为背景,结合自适应模糊PID控制理论、计算机仿真技术和双闭环控制理论,针对在硅碳棒加热炉的温度控制技术这一难题展开研究,并将本文设计的双闭环自适应模糊PID温度控制系统应用在实际项目中,力图解决硅碳棒炉升温速度慢,电流难以稳定等实际问题。高温熔体智能测试装置已经交付使用,且在使用的一年多时间中未出现任何故障。从使用方反映的情况看,该高温熔体粘度智能测试装置具有很好的稳定性,各项测试性能均能很好的满足生产过程对粘度测试的需求。
    硅碳棒加热炉是典型的大滞后大惯性,参数时变的非线性系统,难以建立其精确的数学模型,关于这类复杂系统的控制研究一直受到许多学者的关注。若采用传统的PID控制或模糊控制,都难以满足系统对控制品质的要求。
    论文先简要介绍了高温熔体粘度测试仪的组成和测试原理,然后对大滞后过程的特性进行了分析,阐述了大滞后系统的传统控制理论,并分别对其进行优缺点分析,为硅碳棒加热炉的温度控制方案的确定奠定了理论基础。
    结合硅碳棒加热炉系统特点设计了一种电流+温度的双闭环自适应模糊PID温度控制系统。内环为电流控制器采用PI控制。内环电流控制器能有效地克服硅碳棒加热炉的内环干扰,不仅能稳定加热电流,提高了升温速度,而且避免了硅碳棒受到大电流的冲击,延长了硅碳棒的使用寿命。外环温度控制器采用闽值控制和自适应模糊PID控制。温度偏差较大时采用闽值控制,偏差较小时则通过模糊规则在线自调整PID参数,提高控制器对控制对象参数变化的适应能力。
    在Matlab7.0仿真平台下建立了硅碳棒加热炉双闭环自适应模糊PID温度控制系统和单环PID温度控制系统的仿真模型;给仿真模型加入各种模拟实际应用常见的干扰进行仿真。最后改变控制对象的模型参数进行一系列仿真实验。仿真结果表明该温度控制系统不仅满足了粘度测试系统对硅碳棒加热炉温度控制的动静
性能要求,而且提高了温控系统的抗干扰能力和鲁棒性。
    工业过程中像硅碳棒加热炉这样的复杂系统是较常见的,本文结合对象特点研究将双闭环控制结构和不需要精确的对象模型的智能控制相融合的思路对大滞后时变系统的研究具有一定的理论意义和工程实用价值。
    由于时间和能力有限,论文研究工作还存在不足之处,有待于进一步改善:硅碳棒加热炉具有参数时变的特性,很难用单一形式的数学模型来描述它。而仿真分析是建立在1300摄氏度时的模型上进行的,与实际应用情况存在着一定的差异;为了更好地解决硅碳棒加热炉的滞后环节和结构参数时变的问题,可以考虑加入模糊辨识环节,在线辨识对象模型的结构和参数,利用辨识出的模型参数整定PID控制器参数,实现参数的自动整定。www.beritawan.com
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