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硅碳棒加热炉的温度工作特性及其温度控制难点

    上世纪80年代起,随着自动控制理论、实践的深入发展和广泛应用,最优控制、硅碳棒控制、变结构控制、预测控制等现代控制理论也逐步地应用到纯滞后的系统中来,并取得了一定的成果。杨马英等通过预测控制算法对催化裂化反应再生系统原料预热回路的成功控制实例,证明了预测控制用于时滞过程控制的可性和优越性针对造纸过程存在的大时滞特点,利用当前输入输出状态对纯时滞的输出进行预测,采用变周期的策略进行控制。近几年来,以模糊控制技术、神经网络、专家系统和遗传算法为主要内容的智能控制技术,得到了充分的发展和广泛的应用。尤其是它与传统的控制技术相结合,成功地解决了采用传统控制技术难以控制的控制对象(特别是对象模型难定的情况),在工程应用中有着强大的生命力并得到了广泛的应用。其中模糊控制从诞生到现在仅仅经历了几十年的时间,就己在经济、医学、军事尤其是工业应用方面取得了巨大的发展,是一种十分适合于工业生产过程和大系统控制的方法。模糊控制是一种应用模糊集合理论,统筹考虑控制策略的应用方式,具有如下几个主要特点。
    ①只要求掌握现场操作人员或有关专家的经验、知识或者数据等,而不需要建立被控对象的精确数学模型;
    ②系统的硅碳棒性强,尤其适应非线性、时变、纯滞后过程的控制;
    ③由工业过程的定性认识出发,容易建立语言变量的控制规则;
    ④对系统的干扰有较强的抑制能力。控制对象越难建立精确的控制模型,模糊控制方法就越能反映出它比其它控制方法更多的优越性。例如在纯滞后、难以准确建模、参数漂移大及非线性不确定分布参数系统中,采用模糊控制往往能取得令人满意的意外效果。
    本文结合某钢铁公司的科研项目“炉渣粘度测试仪的研制”,通过对己有的关于硅碳棒加热炉的温度控制技术的分析,针对加热炉大惯性、大滞后的特点以及加热元件硅碳棒的工作特性,进行温度控制算法设计。以求解决制约粘度测试效率和测试精度的瓶颈一加热速度慢(以往加热到1300℃一般需至少3个半小时),温度控制精度低(温度是影响粘度测试准确度的主要因素之一)这两个问题。论文围绕这两个控制问题重点做了如下几个方面的研究:
    ①简要介绍高温熔体粘度测试仪的组成和测试原理,对大滞后过程的特性进行分析,阐述大滞后系统的传统控制理论,并分别对其进行优缺点分析和验证,为硅碳棒加热炉的温度控制方案的设计奠定理论基础。
    ②通过对实验数据的分析和相关文献的阅读总结硅碳棒加热炉的温度工作特性及其温度控制难点。结合硅碳棒加热炉的工作特性,设计一种新型的温度控制系统。要求不仅具有较高的控温精度,能有效地克服硅碳棒随着温度升高带来的电阻干扰,恒定加热电流,提高升温速度,而且控制器对控制对象参数变化具有一定的适应能力。
    ③对本文设计的温度控制系统进行相关的仿真对比验证,设计的温度控制系统满足系统测试要求。www.sdzygw.com

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