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感应加热炉温度智能控制系统研究

作　者: 李广义
导　师: 黄景涛
学　校: 河南科技大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 感应加热炉温度控制数学建模模糊控制软切换
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 176次
引　用: 1次
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内容摘要

感应加热炉是金属材料热处理工艺的一种高效设备，不仅要提供一定的功率，还要保持一定的频率。感应加热炉工作过程容易产生漏磁现象，电源电压、电流等可能干扰加热过程，在设计控制系统时应考虑这些情况。控制系统性能逐渐成为提供感应加热炉整体性能的关键所在，而感应加热系统中最重要的指标是工件温度变化情况，本文以感应淬火炉为研究对象，研究设计用以提高温度控制系统性能的控制器。本文针对并联谐振型感应淬火炉，根据电磁感应原理，运用传热学理论知识建立能量平衡方程，对感应淬火炉加热系统进行机理分析，进行系统建模，将其简化为二阶惯性系统，并对系统动态和静态特性进行了分析，为控制器的设计提供基础。结合感应淬火炉工作过程温度变化特点，对温度控制系统进行了分析设计，基于模糊推理和PID控制原理，设计了模糊自适应PID控制算法，并进行了仿真分析。与经典PID控制和纯模糊控制相比，模糊自适应PID控制兼顾了模糊控制的快速性和PID控制的精确性，采用模糊推理对PID参数进行自整定，控制系统性能较经典PID和模糊控制有所改善。为了进一步提高控制系统特性，提高温度调节品质，针对淬火炉温度控制系统设计了一种模糊PID软切换控制方法。由于基于固定阈值的硬切换控制在切换点附近易产生扰动，不利于温度调节的平滑性，本文基于加权因子的软切换控制策略，设计了模糊PID软切换控制系统，针对加权因子进行了研究，设计了一种基于调节误差的指数型加权因子，并与模糊PID自适应控制器进行了对比仿真分析。结果表明该方法在系统抗干扰性、负荷适应性等方面更具优势，为淬火炉温度控制系统的工程设计提供了参考。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
第1章绪论  7-16
  1.1 选题背景和意义  7-10
  1.2 感应加热炉发展及炉温控制  10-14
  1.3 研究内容  14-15
  1.4 论文的主要工作及章节安排  15-16
第2章感应加热系统建模分析  16-33
  2.1 感应加热表面淬火工艺分析  16-21
  2.2 感应淬火炉电源系统  21-24
    2.2.1 感应淬火炉电源简介  22-23
    2.2.2 系统元器件参数设定  23-24
  2.3 感应淬火炉系统建模  24-32
  2.4 本章小结  32-33
第3章感应加热炉模糊 PID 温度控制系统  33-56
  3.1 模糊 PID 控制原理  33-40
  3.2 模糊 PID 自适应控制器的设计  40-51
    3.2.1 确定模糊控制器的输入和输出变量  41-42
    3.2.2 精确量的模糊化及隶属函数的选择  42-47
    3.2.3 模糊推理规则设计  47-50
    3.2.4 解模糊  50-51
  3.3 控制系统仿真与分析  51-54
    3.3.1 定义输入输出变量并命名  51
    3.3.2 编辑隶属函数  51
    3.3.3 控制系统仿真与分析  51-54
  3.4 本章小结  54-56
第4章模糊 PID 软切换温度控制系统  56-74
  4.1 模糊 PID 切换控制器  56-60
    4.1.1 模糊 PID 切换控制存在两个缺点：  56-59
    4.1.2 模糊—PID 切换过程  59
    4.1.3 模糊 PID 软切换温度控制系统  59-60
  4.2 模糊 PID 软切换控制器设计  60-68
  4.3 感应炉温度控制系统仿真分析  68-73
  4.4 本章小结  73-74
第5章结论  74-75
参考文献  75-81
致谢  81-82
攻读硕士学位期间的研究成果  82

感应加热炉温度智能控制系统研究

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