题目：电阻炉温度控制系统设计及仿真研究-精品.doc

电阻炉温度限制系统设计及仿真探讨摘 要温度限制在工业限制中始终是富有新意的课题，对于不同的限制对象，有着不同的限制方式和模式温度系统惯性大、滞后现象严峻，难以建立精确的数学模型，给限制过程带来很大难题本论文主要针对电阻炉这一类困难的被控对象，探讨一种最佳的限制方案，以达到系统稳定、调整时间短且超调量小的性能指标借助MATLAB中的Simulink和Fuzzy工具箱，对电阻炉PID限制系统和模糊限制系统进行仿真分析结果表明当采纳PID限制时，虽然结构简洁、简洁实现，但无法保证限制精度；当采纳纯模糊限制时，超调量与调整时间虽然同时达到预期效果，但系统出现了稳定误差，所以本文将模糊限制的智能性与PID限制的通用性、牢靠性相互结合，提出了模糊限制与PID限制相结合的方案经仿真探讨，模糊限制与PID限制相结合的限制效果达到了电阻炉温度限制系统的性能指标，是一种较为志向的智能性限制方案关键词：电阻炉；PID限制；模糊限制；MATLAB仿真The Temperature Control System Design and Simulation Research of Resistance Furnace AbstractTemperature control is a innovative topics in the industrial control. For different control targets, it has different control methods and models. The temperature system has big inertia and serious hysteresis. Since the establishment of accurate mathematical models is rather difficult,it brings very big difficult problems for the controlled process.Aims at a kind of complex controlled plant as the resistance furnace, the present paper mainly studies one kind of best control plan to achieves the performance indicators of stable system, short control time and small performance. With Simulink and Fuzzy toolbox in MATLAB Simulink ，the design carries on the simulation analysis to the resistance furnace PID control system and the fuzzy control system. The result indicated that when uses the PID control, although the system has simple structure and easy to realize, it is unable to guarantee the control precision; When it uses the pure fuzzy control, although control time and over adjustment achieves the expectation effect, but the system presented the stable error, therefore this article proposed the fuzzy control and the PID control unify plan. After the simulation research, the control effect which the fuzzy control and the PID control unified has achieved the resistance furnace temperature control system's performance index. It is one kind of more ideal intelligence control plan. Key words: Resistance furnace; PID control; Fuzzy control; MATLAB simulation目 录摘 要 IAbstract II第一章 引 言 11.1 课题背景 11.2 论文探讨的主要内容 11.3论文探讨的重点和难点 2其次章 电阻炉的介绍 32.1 电阻炉的特点 32.2 电阻炉的分类 42.3 电阻炉的工作原理 62.4 电阻炉的数学模型及其推导 7第三章 电阻炉温度限制系统 93.1 温度限制方案的介绍 93.2 温度限制的基本原理 123.3 PID限制 15 PID限制发展的现状 153.3.2 PID的限制原理 163.3.3 PID的限制算法 183.4 PID限制的参数整定 20第四章 模糊限制 234.1 模糊限制的发展 234.2 模糊限制的原理 24 模糊限制系统组成 24 模糊语言与模糊推理 264.3 模糊限制系统的设计 27 模糊限制策略 27 模糊限制规则 29 输入、输出变量的模糊化 314.4 模糊限制的特点 33第五章 仿真结果的分析与探讨 355.1 仿真系统 355.1.1 MATLAB概述 355.1.2 SIMULINK的概述 375.2 仿真结果 385.2.1 PID限制的仿真 38 纯模糊限制的仿真 41 模糊-PID限制的仿真 42 模糊-PID限制与PID限制仿真结果的比较 435.3 仿真结果的探讨 44参考文献 45致谢 47 第一章 引 言1.1 课题背景工业电阻炉是一门综合性应用技术。

由于高性能新材料的出现，检测监控元件的更新换代，微机限制在电炉中的应用，使得我国工业电阻炉在90年头发展快速行业间的垄断体制已起先打破对于间歇作业电阻炉有了快冷式内、外循环的真空护系列，对于连续作业式电阻炉有了运用于彩色显像管的工业隧道炉系列由于电阻炉是耗能很大的设备，而能源是国民经济和社会发展的重要物质基础为了节约能源，老式电阻炉大都要进行技术改造，使其节约电能对于新设计电阻炉，就要更加留意提高热效率，降低能耗水平，特殊是大容量和特高温的电炉随着21世纪的来临，随着我国进入WTO行列，这将给我国的工业电阻炉带来更佳的发展机遇不仅要打破国内工业行业的界限，也将和国际的产业接轨，那么，对于电阻炉的探讨有很大的意义1.2 论文探讨的主要内容本文以电阻炉为探讨对象，针对电阻炉的温度，在比较、探讨不同限制策略的基础上，主要对模糊限制、PID限制算法在电阻炉温度限制中的应用进行了探讨利用模糊限制、PID限制算法的优越性，改善电阻炉温度的限制品质，提高限制效果本文主要进行了以下几方面的工作：（1）论述了电阻炉温度限制系统的课题目的、意义，当前计算机测控系统的发展动态及本论文的主要内容并对电阻炉的限制特点进行了简要分析。

2）介绍模糊限制及PID限制算法的相关学问3）设计电阻炉温度测控系统的方案及建立电阻炉测控系统的数学模型4）针对被控对象电阻炉这一类大惯性、纯延时的数学模型，设计测温电路，并利用MATLAB进行了仿真5）对仿真结果进行分析和探讨1.3论文探讨的重点和难点电阻炉具有高度非线性、大时滞、大惯性、时变性等特点，应用传统的PID限制虽然结构简洁、简洁实现，却依靠于被控对象精确的数学模型且无法保证限制精度单纯模糊限制虽然能够适用于无法精确解析建模的物理对象，但是要获得好的限制效果须要有系统的专业学问和完整合理的模糊规则，这导致其应用受到了很大局限如何运用模糊限制与PID限制相结合的方法对电阻炉温度进行实时限制并取得良好的限制效果，是本文探讨的重点第二章 电阻炉的介绍电阻炉是利用电流通过电热体元件将电能转化为热能来加热或熔化工件和物料的热加工设备与其他电炉相比，电阻炉具有热效率高、温度易限制、操作条件好、炉体寿命长，适用于对加热制度要求较严的工件加热，并且发热部分简洁，对炉料种类的限制少，炉温限制精度高，简洁实现在真空或限制气氛中加热电阻炉由炉体、电气限制系统和协助系统组成炉体由炉壳、加热器、炉衬(包括隔热屏)等部件组成。

电气限制系统包括电子电路、微机限制、仪表显示及电气部件等协助系统通常指传动系统、气体管道系统、真空系统、冷却系统等，随炉种的不同而异【18】电阻炉的主要参数有额定电压、额定功率、额定温度、工作空间尺寸、生产率、空炉损耗功率、空炉升温时间、炉温限制精度及炉温匀称性等电阻炉广泛应用于机械零件的淬火、回火、退火、渗碳、氮化等热处理，也用于各种材料的加热、干燥、烧结、钎焊、熔化等，是发展最早、品种规格最多、须要量最大的一类电炉2.1 电阻炉的特点（1）热效率高电阻炉不须要燃烧气体(或固体、液体)，没有排出因燃烧而产生的废气造成的热损失，炉膛空间内热强度高，能达到较高的温度，使高熔点工件得以熔化2）能满足工件在各种工艺氛围(爱护、运载、反应)中的要求，并使之成为可控能用质量流量计对所控气氛进行监测由爱护气氛来保证炉内气氛的清洁比如爱护氛田为真空，可以将炉内的残余气体抽走，爱护气氛为氢气，各种废气可随之运出高纯度的氢气，其含氧量可小于0.1ppm，其露点小于-70℃3）能够满足工作空间温度场匀称度和恒温的精度要求，比如在48小时内温度不得漂移±0.5℃4）整个工艺过程(电、气、水的压力与流量)能用微控和智能化程序限制。

有连锁爱护、报警、防爆、数显、曲线记录等功能，使之操作简便，工艺稳定，重复性好5）劳动条件好，不致污染环境6）占地面积小，节约投资2.2 电阻炉的分类2.2.1 按传热方式分（1）辐射式电阻炉以辐射传热为主、对流传热作用很小炉温高于1000℃时，称高温电阻炉；炉温为650～l000℃时，称中温电阻炉；炉温低于650℃时，称低温电阻炉2）对流式电阻炉以对流传热为主，辐射传热为辅，通常称空气循环电炉，炉温多低于650℃3）盐浴炉工件浸在盐液内加热，分以下两种类型①电极盐浴炉盐液是发热体又是加热介质，以传导和对流方式对工件进行加热盐液温度随炉温不同而异：盐液温度1000～1350℃时，称高温盐浴炉；550～1000℃时，称中温盐浴炉；150～550℃时，称低温盐浴炉②硝盐炉用管状电热元件将硝盐加热熔化，熔融的硝盐是加热介质，以传导和对流方式对工件进行加热盐液温度200～550℃如用碱类代替硝盐，则称为碱浴炉2.2.2 按炉内气氛分按炉内气氛分为氧化性气氛炉(一般电阻炉均属此类)、可控气氛炉、真空电阻炉和流淌粒子炉等2.2.3 按炉型分电阻炉按结构形式分为室式炉、台车式炉、井式炉、连续式(包括推杆式、步进式、振底式、输送带式)炉等。

此外，还有立式联合电炉、淬火回火联合电炉等①室内电阻炉箱式炉体，固定式炉底，实行间断加热，具有结构简洁、通用性好、购置费用低等特点，适用于中小型工件热处理加热用②台车式电阻炉室状炉膛，炉底为一活动台车，。