电子论文电阻炉炉温计算机控制

1、电阻炉炉温计算机控制(取自姜学军著 计算机控制技术 清华大学出版社 2005年)在工农业生产或科学实验中，温度是极为普遍又极为重要的热工参数之一.为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度，节约能源，对加热用的各种电炉要求在一定条件下保持恒温，不能随电源电压波动或炉内物体而变化；或者有的电炉的炉温根据工艺要求按照某个 指定的升温或保温规律而变化等。因此，在工农业生产或科学试验中常常对温度 不仅要不断地测量，而且还进行控制.电阻炉炉温的控制，根据工艺的要求不同 而有所变化，但大体上可归纳为以下几个过程：(1) 自由升温段，即根据电阻炉自身条件对升温速度没有控制的

2、自然升温过程。(2) 恒速升温段，即要求炉温上升的速度按某一斜率进行。(3) 保温段，即要求在这一过程中炉温基本保持不变。(4) 慢速降温段，即要求炉温下降的速度按某一斜率进行。(5) 自由降温段。而每一段都有时间的要求，如图1所示。图1炉温变化过程1工艺要求要求电阻炉炉内的温度，应按图2所示的规律变化从室温To开始到a点为自由升温段，当温度一旦到达 a点（即To点），就进 入系统调节。从b点到c点为保温段，要始终在系统控制之下，以保证所需的炉 内温度的精度加工结束，即由c点到d点为自然降温段保温段的时间为50l00min 炉温变化曲线对各项品质指标的要求如下：过渡过程时间：即从升温开始到进入

3、保温段的时间ti l00min.超调量：即升温过程的温度最大值（Tm）与保温值（Tk）之差与保温值之比TkO.8To后，已较接近需 要保温的值Tk，为此采用保温段控制方程。保温控制方法有多种，如用比例控 制，因炉丝所加功率P的变化和炉温变化之间存在一段时间延迟，因此当以温差来控制输出时，即比例控制，系统只有在炉温与给定值 (保温温度)相等时才停止 输出，这时由于炉温变化的延迟性质，炉温并不因输入停止而马上停止上升，从而超过给定位。滞后时间越大，超过给定值也越大.炉温上升到一定高度后，才 开始下降并继续下降到小于给定位时， 系统才重新输出。同样由于炉温变化滞后 于输出，它将继续下降，从而造成温度

4、的上下波动，即所谓振荡.考虑到滞后的 影响，调节规律必须加入微分因数，即 PD调节。有了 PD调节，系统输出不仅取决于温差的大小，还取决于温差的变化.所以当炉温从自由升温段进入保温段时，炉温还小于给定值，但温差变化较大，由于温差及温差的变化对系统输出都有影响，而在升温过程中，这两项对输出的作用是相反的，因而系统可提前减少或停止输出，使炉温不至于出现过大的超调。 同样在降温过程中也是如此，从而改善了炉温调节的动态品质。积分作用可以提 高温度控制的静态精度，适当选择积分的作用，则可在不影响动态性能下提高温 度控制的精度.所以保温段控制也可以采用PID控制方法。.PD算法和参数的选定在连续系统PD校

5、正的控制量可表示为y(t)=心乂)飞警dt离散算法可表示为y(k)=心屮)+Td e(k)；(kT)式中：T-采样周期Td -微分时间Kp -比例系数e(k)-误差值e(k) =u(k) _u(k)Uo(k)、Ui(k)分别为温度给定值及反馈值。实际算法又可以为y(t) =Kpu(k) -Ui(k) Kd Ui(k)；i(k)M式中M为常数项，为稳定时所需功率。 根据给定的参数和经验公式，可得：Ts72KP =1.2 - =1.20.0325Ks330 8TD = 0.5. = 0.5 8=4KD = KPTD = 0.0325 4 =0.13Ks =330T -1M =0.8.PID算法和参

6、数的选定在连续系统PID校正的控制量可表示为y(t)=心乂)Td 聲 占 0 e(t)dtdtTI 0离散算法可表示为(用增量表示)TDTy(k)二y(k -1) KPe(k) -e(k -1) -De(k) -2e(k -1) e(k-2)e(k)TtiT-采样周期Td -微分时间Ti-积分时间Kp -比例系数实际中用到的算法为y(k)二 Ae(k) q(k -1) Mq(k) =y(k) -Be(k) Ce(k -1)e(k) =u(k) -Ui(k)式中 A=Kp(1匸互) BKp(1D2)=KpfTDTi TTT初值可取q(k1) =e(k-1) =0。算法程序每一步计算e(k),y(k),q(k)，其中q(k)用 于下一步计算y(k) , M为常数项，为稳定时所需功率。程序中选用的实际参数为人72心=1.2- =1.20.0325Ks.330 8TD =05 =0.5 8 =4TI =2. =2