過程溫度控制

過程溫度控制摘要:本文主要介紹工業(yè)過程中以溫度為被控量，對工業(yè)過程進行控制，以實現(xiàn)生產(chǎn)目標所用的一種簡單溫度控制系統(tǒng)。該溫控系統(tǒng)可以通過熱敏電阻將溫度信號轉(zhuǎn)換成溫度信號，再放大后輸出檢測以實現(xiàn)溫度控制。關(guān)鍵字：溫控系統(tǒng)系統(tǒng)；控制；溫度控制概述1.1．溫度控制的發(fā)展現(xiàn)狀及意義溫度是工業(yè)生產(chǎn)與日常生活中一個重要的物理量，在農(nóng)業(yè).現(xiàn)代科學研究和高新技術(shù)開發(fā)中也是一個非常普遍和常用的物理測量參數(shù)。例如鋼鐵生產(chǎn)過程中，按照工藝條件的規(guī)定保持一定的溫度才能保證產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備的安全。近年來，溫度控制的發(fā)展尤為迅速。國內(nèi)外市場上已出現(xiàn)了多種多樣的溫度控制儀表應(yīng)用于各個方面。例如，呢掛鉤進行程序空文的智能多段溫度控制儀表，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字PID和各種復雜控制規(guī)律的智能式溫度調(diào)節(jié)器等。1.2．溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用溫度控制應(yīng)用廣泛，無論是重工業(yè)中各種機器的制造，還是輕工業(yè)中的生產(chǎn)，或者日常生活中的衣食住行，都與溫度關(guān)系重大，溫度控制也就或直接或間接的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)或者日常生活中。溫度控制系統(tǒng)2.1．溫度控制系統(tǒng)定義保證環(huán)境控制系統(tǒng)中某部位或空間的介質(zhì)溫度或壁面溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)，以滿足座艙或設(shè)備倉的熱力要求的成套設(shè)備2.2．溫度控制系統(tǒng)組成控制器，執(zhí)行機構(gòu)，儀表等測量工具，被控對象及其相關(guān)報警，保護和連鎖組成過程控制系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)就是過程控制系統(tǒng)中以溫度為被控量的過程控制系統(tǒng)。擾動通道控制器1十 1孌華擾動通道控制器1十 1孌華執(zhí)行器驢被控對象操栓測變送Y廣義對象F(s)2.3.2在溫度控制的圖1控制系統(tǒng)的組成統(tǒng)工作原理2.3.2在溫度控制的圖1控制系統(tǒng)的組成統(tǒng)工作原理制系統(tǒng)中:，儀表等測,Q(s)E行測量，將測量值與所需值進行比較，將控變量饋結(jié)果輸送到控制器里，控制器將比較結(jié)果進行分析,然后發(fā)出指令到執(zhí)行機構(gòu)，再有執(zhí)行機構(gòu)工作以實現(xiàn)工作實際溫度向理論溫度靠攏。溫度控制系統(tǒng)設(shè)計步驟按照要求選擇控制目標跟被控變量，確定溫度為系統(tǒng)變量選擇被控變量的基本原則為：選擇對控制目標起重要影響的輸出變量為被控變量；選擇可直接控制目標質(zhì)量的輸出變量作為被控變量；在以上前提下，選擇與控制變量之間的傳遞函數(shù)比較簡單.動態(tài)和靜態(tài)特性較好的輸出變量作為被控變量；有些溫控系統(tǒng)存在控制目標不可測的情況，則可選擇其他能夠可靠測量，且與控制目標有一定關(guān)系的輸出變量，作為輔助輸出變量。建立數(shù)學模型。過程控制系統(tǒng)建模有兩種基本方法：機理法建模跟測量法建模。機理法建模就是根據(jù)生產(chǎn)過程中實際發(fā)生的變化機理，寫出各種有關(guān)平衡方程如：物質(zhì)平衡方程，能量平衡方程動量平衡方程以及反映流體流動.傳熱.傳質(zhì).化學反應(yīng)等基本規(guī)律的運動方程。測量法建模一般只用于建立輸出輸入模型。它是根據(jù)工業(yè)過程的輸入和輸出的實測數(shù)據(jù)進行某種數(shù)據(jù)處理后建立的數(shù)學模型。其中機理法建模過于繁瑣，多過程細節(jié)要求極高，因此，在溫控系統(tǒng)中一般選擇測量法建模，即只建立輸入輸出模型。

圖2測試對象頻率特性的方框圖3.3．確定控制方案?？刂品桨赴刂平Y(jié)構(gòu)和控制算法。最常用的控制結(jié)構(gòu)為前饋控制和反饋控制。前饋控制就是利用擾動量的直接測量值，調(diào)節(jié)控制變量，是被控變量保持在預期值如圖。圖3前饋控制原理圖反饋控制是利用被控變量的直接測量值調(diào)節(jié)控制變量，使被控變量保持在預期值，如圖所示。圖4反饋控制原理圖在要求溫度要求嚴格時應(yīng)選反饋控制，直接測量輸出變量，以更準確地控制溫度。如在電飯鍋的煮飯過程就屬于對溫度要求嚴格，當過中水燒干了，就要停止前面的加熱過程，所以選擇了反饋控制。當生產(chǎn)過程對溫度要求不是太嚴格時可選擇前饋控制或者混合控制。同樣在電飯鍋的保溫過程就是混合控制3.4．選擇硬件設(shè)備。包括對控制裝置，測量儀表，傳感器，執(zhí)行機構(gòu)和報警，保護，連鎖等的選擇，一達到生產(chǎn)目標和控制方案的事實為選擇原則。測量儀表和傳感器的選型應(yīng)遵從可靠性原則.實用性原則跟先進性原則3.5．選擇控制算法，進行控制器設(shè)計。3.5.1．控制算法分類主要有PID調(diào)節(jié)，串級控制，比值控制系統(tǒng)，均勻控制系統(tǒng)，分成控制系統(tǒng)，自動選擇控制系統(tǒng)，補償控制，關(guān)聯(lián)分析和解耦控制，模糊控制等控制算法。在溫度控制系統(tǒng)中，模糊控制占主要位置。3.5.2．模糊控制系統(tǒng)模糊控制首先根據(jù)人的思維方式，總結(jié)人的操作經(jīng)驗，然后用模糊語言和一系列的模糊條件語句，描述控制策略，最后通過計算機或?qū)Ｓ媚K實現(xiàn)控制作用。模糊控制系統(tǒng)由模糊控制器，輸入/輸出接口裝置，廣義被控對象和傳感器組成，如圖5：

圖5模糊控制系統(tǒng)的組成3.6．軟件設(shè)計。工業(yè)電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計4.1．系統(tǒng)簡介工業(yè)電阻爐是一類具有嚴重非線性、大滯后、大慣性的常見工業(yè)被控對象?？煽毓杩刂戚敵霭甯鶕?jù)CPU板的信息，改變雙向可控硅的觸發(fā)角，以控制電阻爐的加熱電壓，從而調(diào)節(jié)爐溫的高低。智能測溫板直接與爐內(nèi)的熱點偶連接，采集電阻爐的爐溫，作為系統(tǒng)的反饋信號。4.2．電阻爐溫度模糊控制器設(shè)計根據(jù)電阻爐溫度控制系統(tǒng)的特點，采用二維模糊控制器。模糊控制器的數(shù)日信號為電阻爐溫度偏差e和偏差變化率r。在本系統(tǒng)中偏差e指實際測得的爐溫與爐溫設(shè)定值之差；偏差變化率r反映了實測陸文的變化速度和變化方向，輸出u為控制加熱電壓的增量，這就形成了模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)。表1模糊規(guī)則表7euNBNMNSOPSPMPBNBPBPBPBPBPMOONMPBPBPBPBPMOONSPMPMPMPSONSNSNOPMPMPSONSNMNMPOPMPMPSONSNMNM

PSPSPSONSNMNMNMPMOONMNBNBNBNBPBOONMNBNBNBNB用最大隸屬度法對U進行模糊判決，可得總控制表2。將該表存入計算機，便可用查表法進行控制。圖6是電阻爐溫度控制模糊示意圖，其中K3是U的量化因子。表2總控制表^u^Ec^E-6*-5-4-3-2-10123456-67777777443000-57777777443000-47777777443000-37777777443000-2444444200-1-1-2-2-1444444210-1-2-2-2-04443110-1-1-3-4-4-4+04443110-1-1-3-4-4-41222100-2-4-4-4-44-42221100-2-4-4-4-4-4-43000-3-3-44-7-7-7-7-7-74000-3-3-44-7-7-7-7-7-75000-3-3-44-7-7-7-7-7-76000-3-3-44-7-7-7-7-77圖6電阻爐溫度模糊控制示意圖4.3.控制效果用以上設(shè)計的模糊控制器對電阻爐溫度控制進行實時控制，控制目標為573K,電阻爐溫度控制系統(tǒng)的實際誤差是(-27K,573K)。為提高控制精度，將誤差范圍設(shè)定為(227K,309K)，誤差變化率設(shè)定為(267K,279K)，如超出此范圍，取最大控制量?？偨Y(jié)從古至今，溫度一直是人們生活中最常見的物理量。以前是去適應(yīng)它，但現(xiàn)在人們開始控制它，隨著技術(shù)的發(fā)展，溫度控制將越來越簡單，越來越完善?，F(xiàn)在，溫度控制