大容积高温工艺处理气氛炉温控系统的设计与研究

发布时间：2017-06-13 23:03

  本文关键词：大容积高温工艺处理气氛炉温控系统的设计与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：当今工业发展迅速,越来越多的商品开始使用金属材质。随之,市场对金属材料的加工工艺也有了更高的需求。高温工艺处理气氛炉是当今金属热加工领域最常用的设备之一。热处理的过程中,温度控制的精度和稳定性影响着加工品质与加工难度。这就决定了温度控制系统向着高精度、高实时性等方向发展。在机车制造业领域,一些机车部件由于体积过大,市场上的国产高温工艺处理炉在容积上无法满足此类加工工艺的需求。本文提出了一种适用于大容积高温工艺气氛炉的温度控制系统设计。本课题设计的有效加热容积预计达到3000mm*2000mm*2000mm,分为32个温区进行温度采集。采用了具体有主控协同功能的分布式控制策略,以达到提高系统的控制精度与升温速度的目的。这种协同控制策略一方面对硬件的实时同步性能要求较高,另一方面要求各模块的运算负载不能过高。该设计以多片BF-518为核心,K型热电偶为温度传感器,AD7606为模数转换单元,配合具有冷端补偿,滤波电路的调理放大电路,实现准确的数据采集。多片DSP组成的分布式系统,结合IEEE1588以太网协议,实现了纳秒级的实时同步。得益于DSP特有的乘法计算器、DMA控制器、VDK内核优化等功能,在实施工程代码优化之后可以达到系统工作运算负载≤50%。PID神经元网络较强的解耦性强,无超调等特性使得系统升温均匀,温度控制准确。神经元网络学习功能使得控制算法设计的工作量大大减小。经验证测试,性能参数完全满足设计需求。
【关键词】：温度控制 数据采集 协同控制 精确同步 运算负载优化
【学位授予单位】：中国科学院大学(工程管理与信息技术学院)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景与意义10
• 1.2 本课题的研究进展10-14
• 1.2.1 国内外研究现状10-13
• 1.2.2 国内外设备对比13-14
• 1.3 本课题主要研究内容14-18
• 1.3.1 需求分析与整体设计14-15
• 1.3.2 本课题主要研究内容15-18
• 第二章 需求分析与整体设计18-22
• 2.1 温度采集控制系统需求分析18
• 2.2 温度采集控制硬件系统设计18-20
• 2.3 温控系统软件整体设计20
• 2.4 小结20-22
• 第三章 温度控制系统硬件设计22-38
• 3.2 数据采集模块的设计22-28
• 3.2.1 温度传感器22-25
• 3.2.2 信号调理电路设计25-26
• 3.2.3 模数转换模块26-28
• 3.3 温控子单元的设计28-37
• 3.3.1 Blackfin ADSP-BF518的结构与功能28-32
• 3.3.2 温度采集单元电路设计32-35
• 3.3.3 加热功率模块设计35-36
• 3.3.4 主控单元电路设计36-37
• 3.4 小结37-38
• 第四章 数据实时同步传输的实现38-54
• 4.1 EMAC应用38-44
• 4.1.1 EMAC的接口38-41
• 4.1.2 EMAC的配置41-44
• 4.1.3 数据的接收与发送时DMA的传输过程44
• 4.2 DMA应用44-50
• 4.2.1 DMA控制器45-47
• 4.2.2 DMA性能优化47-48
• 4.2.3 DMA软件管理48-49
• 4.2.4 Host DMA接口49
• 4.2.5 与DMA相关总线49-50
• 4.3 IEEE1588协议50-53
• 4.4 小结53-54
• 第五章 温度控制系统软件设计54-72
• 5.1 操作系统内核54-58
• 5.1.1 内核的作用54
• 5.1.2 调度54-55
• 5.1.3 调度程序55-56
• 5.1.4 中断服务程序56-58
• 5.2 PID神经元网络控制58-68
• 5.2.1 传统PID控制58
• 5.2.2 PID神经元网络(PIDNN)58-61
• 5.2.3 前向算法61-62
• 5.2.4 反传算法62-66
• 5.2.5 控制算法学习流程66-68
• 5.3 工程代码优化68-69
• 5.4 小结69-72
• 第六章 验证测试与优化72-78
• 6.1 系统升温性能验证测试72-73
• 6.2 系统整体实时性运算量负载验证测试73-78
• 第七章 结论及展望78-80
• 参考文献80-82
• 致谢82-84
• 个人简历、在学期间发表的论文与研究成果84

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