【《电阻炉温度控制系统数学模型的构建分析》2100字】

1绪论电阻炉温度控制系统数学模型的构建分析目录TOC\o"1-3"\h\u20884电阻炉温度控制系统数学模型的构建分析 1235541.1控制系统组成 162131.2控制系统的设计步骤 2156201.3电阻炉数学模型的建立 3电阻炉在热处理生产中占有十分重要的地位，在很多工业中都需要对温度进行控制，温度是重要的参数，温度控制得当可以大程度地提高产物的质量、减小产物生产成本。电阻炉主要是通过加热电阻产生热量的，从而产生热能。通过限度电压或者限度电流的大小，控制电阻炉产生的热量，从而达到控制温度。所以温度对于电阻炉而言是非常重要的参数。温度在测量、传导时是需要耗费一定的时间的;保持原始状态是电阻炉的特点，当给电阻炉设定一个温度值后，温度达到达设定值时还会呈现继续上升的趋势，超过所给定的值后温度又下降，下降后又低于设定值最后温度又会呈现上升的趋势，温度变化呈现反复上升和下降的趋势。综上所述，电阻炉温度的控制系统有大滞后性、非线性、一定的惯性等特点，并且不容易确定数学模型；电阻炉的干预因素较多[9]，为达到规划要求，须考虑干预的因素，例如外部温度等。电阻炉是电阻加压通电诞生热量的，所以还要考虑电网的电压。控制系统组成一般控制系统的构成为控制器，被控过程，测量变送，执行器。图2-1为过程控制系统框图。电阻炉温度控制系统大致也是这样的组成情况，其中执行器这一块为电加热丝。控制器控制器r(t)e(t)u(t)执行器q(t)被控过程f(t)y(t)测量变送-z(t)图2-1过程控制系统框图现将图2-1所有的参数进行介绍如下：（1）y（t）系统输出：需要系统保持稳定的参数；（2）q(t)为执行器所输出的参数；（3）f(t)为干扰量：受外界影响的各种因素;（4）r(t)设定值；（5）z(t)反馈值；（6）e(t)偏差；（7）u(t)控制器输出值。控制系统的设计步骤控制系统无论简单与否都是比较严谨的，所以在设计时有必要按它的步骤，主要步骤如下：确定控制目标本文的被控对象为电阻炉，电阻炉存在一些不同的控制目标。比如对温度控制的高低不同，也就是对温度的需求不同，就会使用不同的控制策略。从节约资源层面来讲，不同的控制策略在生产时，也会产生不同的能耗，所以针对不同的控制目标，采取不同的策略。从用途方面来讲，不同的用途，也要采用不同的控制策略的。传热方式的不同，控制策略也不同。选择被控参数电阻炉是通过电阻通电加热的，所以温度肯定是被控参数了。当然电阻炉加热时，会产生一定的热辐射，对于箱式电阻炉，可能还会产生一定的压力，以及温度传导时通过的介质等。选择控制量控制量也是控制介质。从上文，得出关于电阻炉的一些相关的被控参数。不同控制量，会产生出不同的结果。对于一个控制系统，往往期望它有很好的控制质量，所以选择合适的控制量可以说是很重要的，只有选择合适的控制量才能达到预期的控制效果。确定控制方案先有控制目标，才能确定控制方案的，可见它们的关系很密切。控制方案很多种，针对控制目标选择控制方案。从上文已经得出电阻炉的一些控制目标，低温炉，中温炉，低温炉，用途的不同等。对于这些控制目标，控制方案不同。所以要进行控制方案的确认。选择控制策略不同的被控过程它们的控制策略是不同的。常规的PID控制可以运用在一些相对比较简单的控制系统，所以对于相对简单的控制系统，可以选择PID控制策略。但对于越复杂的控制系统，对控制策略的要求就相对比较高。所以要根据所设计的系统的复杂程度选择合适的控制策略，才能更好的匹配。选择执行器任何工艺都有自己匹配的执行器，所以在选择执行器时要慎重。合适的的控制器才能产生合适的控制性能，才能与所要控制的被控过程相匹配，才能达到优秀的控制质量，若不匹配，严重者会达不到预期的目标。电阻炉数学模型的建立上文已经对一般的过程控制系统进行了介绍，一个过程控制系统在投入实际应用之前，都离不开对这个系统进行数学模型的建立并且进行分析，也是每个系统必须经历的过程。只有建立数学模型才能发现这个控制系统的缺陷，当然只经历理论分析还不行，还是要投入到实际的应用并进行一些考察，所以建立电阻炉数学模型。在电阻炉温度控制系统中，根据能量守恒定律，Q为电阻产生的热量等于Q炉膛电阻炉炉膛中的热量与Q失电阻炉散失掉的热量之和，这样就可以建立电阻炉数学的模型。即：（2-1）(2-2)(2-3)上式中：C电阻炉热容量TK炉膛内的温度t电阻炉的加热时间T0环境的温度R电阻炉的热阻当炉膛内的温度出现远远大于环境的温度时，T0这时是可以忽略不记的，即（2-4）式3.4拉普拉斯变换，即(2-5)所以就有（2-6）温度在测量、传导时是需要耗费一定的时间的，存在时滞环节。电阻炉温度控制器的输出控制u,

u

(s)和Q

(s)成正比关系。Q

(s)

=

k

u

(s)（2-7）输出：y(s)

=

Tk

(s)（2-8）通过式2-7和式2-8，电阻炉的传递函数为(2-9)其中:T=电阻炉的时间常数K=电阻炉的增益自此得出了电阻炉的机理模型，式2.9中的K、T、QUOTEτ参数是未知的。在确定参数时猴，需要将系统运行在方式上设置为开环的形式，电阻炉内部的温度保持不变，在原来的输入的基础上再加上一个阶跃信号，因为输入增添了阶跃的信号，所以输出会变化，变化的输出曲线就为飞升曲线[10]。图2-2为电阻炉在工作情形下的飞升曲线。图2-2电阻炉飞升曲线计算参数时，这里采纳Cohn-Coon公式。公式如下：(2-10)(2-11)(2-12)式