基于模糊PID控制的电阻炉炉温系统的研究

发布时间：2017-06-23 12:09

  本文关键词：基于模糊PID控制的电阻炉炉温系统的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：热处理是提高金属材料及其制品质量的重要手段。近年来随着工业的发展，对金属材料的性能提出了更多更高的要求，因而热处理技术也向着优质、高效、节能、无公害方向发展。电阻炉是热处理生产中应用最广的加热设备，这样加热时均温过程的测量与控制就成为关键性的技术，促使人们更加积极地研究控制热加工工艺过程的方法。 电阻炉是一种具有纯滞后的大惯性系统，开关炉门、加热材料、环境温度以及电网电压等都影响控制过程，传统的加热炉控制系统大多建立在一定的模型基础上，难以保证加热工艺要求。因此本文将模糊控制算法引入传统的加热炉控制系统构成智能模糊控制系统，利用模糊控制规则自适应地在线对PID参数进行修改，借此提高其控制效果。 本文以模糊自整定PID控制算法为基础，设计了两级计算机集散型控制系统控制电阻炉群。下位机以8031单片机为主体，构成一个能进行较复杂的数据处理和复杂控制功能的智能控制器，使其既可与微机配合构成两级控制系统，，又可作为一个独立的单片机控制系统，具有较高的灵活性和可靠性。单片机根据输入的各种命令，进行智能算法得到控制值，输出脉冲触发信号，通过过零触发电路驱动双向可控硅，从而加热电阻炉。上位机在Windows98环境下开发，可监控多台下位机。 本文提出的基于模糊的自整定PID控制算法的控制系统具有真正的智能化和灵活性，有自动检测、数据实时采集、处理及控制结果显示等功能，所获控制精度高，对高质量热处理件的加工具有指导意义。
【关键词】：电阻炉 单片机 智能控制器 自适应 模糊PID 可控硅
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TG155
【目录】：

• 中文摘要4-5
• 英文摘要5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1．1 引言9-10
• 1．2 控制器发展现状10-14
• 1．2．1 自适应控制10-11
• 1．2．2 PID控制器的发展现状11-12
• 1．2．3 模糊PID控制12-13
• 1．2．4 模糊自适应PID控制13
• 1．2．5 神经网络模糊PID控制13-14
• 1．3 电阻炉采用模糊自整定PID控制的可行性14
• 1．4 控制要求14-15
• 1．5 系统设计的主要内容及实验方案15-18
• 1．5．1 控制系统方案的设计15-16
• 1．5．2 系统设计的主要内容16
• 1．5．3 系统的控制功能16-17
• 1．5．4 实验方案17-18
• 第2章 模糊自整定PID控制器的设计18-40
• 2．1 模糊推理机的设计18-22
• 2．1．1 模糊推理机的结构18-19
• 2．1．2 模糊推理机的设计19-22
• 2．1．3 模糊控制器参数与控制系统响应特性关系22
• 2．2 模糊自整定PID控制器22-32
• 2．2．1 PID参数对PID控制性能的影响23-24
• 2．2．2 模糊自整定PID控制器24-26
• 2．2．3 Bang-bang控制26-27
• 2．2．4 系统辨识与PID初始参数27-32
• 2．3 模糊自整定PID控制器性能的研究32-39
• 2．3．1 惯性时间常数的影响32-35
• 2．3．2 纯滞后时间的影响35-38
• 2．3．3 仿真结果分析38-39
• 2．4 本章小结39-40
• 第3章 “零保温”加热工艺40-48
• 3．1 引言40
• 3．2 金属工件加热的一些基本理论40-42
• 3．2．1 金属工件加热的热传递过程40-41
• 3．2．2 金属工件加热的工艺阶段划分41
• 3．2．3 传统加热时间的规定41-42
• 3．3 奥氏体化过程的控制和零保温加热工艺42-47
• 3．3．1 最佳奥氏体状态与淬火组织42-45
• 3．3．2 奥氏体化过程的控制45-46
• 3．3．3 加热过程中的热量与时间t的关系46-47
• 3．4 本章小结47-48
• 第4章 系统上位机的硬件、软件设计48-74
• 4．1 引言48
• 4．2 下位机总体结构48-50
• 4．2．1 下位机硬件结构48-49
• 4．2．2 下位机程序主体结构49-50
• 4．3 下位机各主要功能模块50-64
• 4．3．1 温度检测电路50-52
• 4．3．2 8031单片机接口电路52-58
• 4．3．3 可控硅调功控温58-61
• 4．3．4 与上位机通信模块61-64
• 4．3．5 掉电检测与保护电路64
• 4．4 软件涉及的主要算法64-72
• 4．4．1 热电偶线性化64-68
• 4．4．2 模糊自整定PID控制算法68-72
• 4．5 主要工作过程72
• 4．6 本章小结72-74
• 第5章 系统上位机的硬件、软件设计74-82
• 5．1 引言74
• 5．2 系统上位机的通信74-79
• 5．2．1 可编程异步通信接口8250介绍74-76
• 5．2．2 上下位机通信流程76-78
• 5．2．3 通信接口电路78-79
• 5．3 上下位机联合操作流程79-80
• 5．4 系统的抗干扰措施80-81
• 5．5 本章小结81-82
• 第6章 电阻炉实时控制实验调试及分析82-89
• 6．1 控制对象简介82-83
• 6．2 空载电阻炉的温度控制83-85
• 6．2．1 没有扰动时电阻炉温度控制83-85
• 6．2．2 有扰动时电阻炉温度控制85
• 6．3 煅烧工件的温度控制85-88
• 6．3．1 煅烧工件的温度控制85-86
• 6．3．2 被加热工件组织对比实验86-88
• 6．4 本章小结88-89
• 结论89-90
• 参考文献90-95
• 攻读硕士学位期间所发表的论文95-96
• 致谢96-97
• 作者简介97

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王言前;;模糊PID在电子束单晶熔炉高压电源控制系统中的应用[J];热加工工艺;2006年12期

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 曾真;分析仪器中温度的自适应控制研究[D];杭州电子科技大学;2010年

2 徐飞;电阻炉温度控制系统的设计[D];西安建筑科技大学;2007年

3 钱明锋;基于ARM和μC/OS-II的挤出机控制系统的研究[D];南京航空航天大学;2007年

4 李海峰;船舶柴油机冷却水温度智能控制系统研究与设计[D];大连海事大学;2007年

5 唐少林;基于模糊控制的CFB锅炉水温控制系统研究[D];新疆大学;2010年

6 左婷;模糊PID控制中模糊控制规则的获取方法[D];东北师范大学;2010年

7 王利珍;特钢厂脉冲燃烧加热炉炉温的模糊控制[D];河北工程大学;2012年

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本文编号：474975