【正文】 動(dòng)；硝鹽爐、預(yù)熱爐、淬火油槽 (淬 火水槽 )冷卻井、洗滌槽、熱水槽、回火電阻爐等布置在地坑內(nèi)。 按爐內(nèi)氣氛分 按爐內(nèi)氣氛分為氧化性氣氛爐 (一般電阻爐均 屬 此類 )、可控氣氛爐、真空電阻爐和流動(dòng)粒子爐等。 （ 5） 勞動(dòng)條件好，不致污染環(huán)境。爐體由爐殼、加熱器、爐襯 (包括隔熱屏 )等部件組成。對(duì)于新設(shè)計(jì)電阻爐，就要更加注意提高熱效率，降低能耗水平，特別是大容量和特高溫的電爐。溫度系統(tǒng)慣性大、滯后現(xiàn)象嚴(yán)重，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，給控制過(guò)程帶來(lái)很大難題。對(duì)于間歇作業(yè)電阻爐有了快冷式內(nèi)、外循環(huán)的真空護(hù)系列，對(duì)于連續(xù)作業(yè)式電阻爐有了使用于彩色顯像管的工業(yè)隧道爐系列。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 第二章 電阻爐的介紹 電阻爐是利用電流通過(guò)電熱體元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能來(lái)加熱或熔化工件和物料的熱加工設(shè)備。 ℃ 。用管狀電熱元件將硝鹽加熱熔化，熔融的硝鹽是加熱介質(zhì)，以傳導(dǎo)和對(duì)流方式對(duì)工件進(jìn)行加熱。 連續(xù)式電阻爐的生產(chǎn)率高，操作條件好，適于在生產(chǎn)線上對(duì)工件進(jìn)行淬火、回火、正火處理，爐溫多在 950℃以下。 當(dāng)電阻爐爐膛溫度穩(wěn)定時(shí)，則某一時(shí)刻加熱元件 （本系統(tǒng)采用熱電偶） 發(fā)出的熱量 tQ應(yīng)該等于該時(shí)刻爐膛中積累的熱量 1Q ，和通過(guò)爐體散失掉的熱量 2Q 之和，即 : 21 Qt ?? （ 22） 1Q , 2Q 大致可以用下面兩個(gè)式子表示 : 1 KdTQCdt?； 02 KTTQ R?? （ 23） 式中： C 為電阻爐的熱容量， KT 為爐內(nèi)溫度， t 為燒結(jié)時(shí)間 ,0T 為環(huán)境溫度， R 為電阻爐的熱阻 (絕緣材料及爐內(nèi)、外部流動(dòng)氣體產(chǎn)生的 )。自 19 世紀(jì) 40 年代以來(lái)，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、控制效果好、魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)，因而在工業(yè)過(guò)程控制中至今仍 被 廣泛應(yīng)用 。根據(jù)不同實(shí)時(shí)狀態(tài)下對(duì) PID 參數(shù)的推理結(jié)果分析可得，當(dāng) 溫差較大時(shí)采用模糊控制，響應(yīng)速度快，動(dòng)態(tài)性能好 ； 當(dāng)溫差較小時(shí)采用 PID 控制，使其靜態(tài)性能好，滿足系統(tǒng)精度要求。 xmax、 xmin分別為被測(cè)變量的上限值和下限值。 不同 的溫區(qū)，都 可選擇不同型號(hào)的熱電偶實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。 PID 控制能解決許多控制問(wèn)題，尤其 是 在動(dòng)態(tài)過(guò)程是良性 或者是 性能要求不太高的情 況下。其控制規(guī)律是： ? ? ? ? ? ? ? ??????? ??? ? t Dip dttdeTdtteTteKtu01 (33) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） u(t)是控制器的輸出； e(t)是控制器的輸入，是偏差值，即給定值 r(t)與被控參數(shù)實(shí)際輸出 y(t)的差值： e(t)=r(t)y(t)， Kp 是比例系數(shù)； Ti 是積分時(shí)間常數(shù)； TD 是微分時(shí)間常數(shù)。在階躍信號(hào)作用下，首先是比例和微分作用，使控制器控制作用加強(qiáng)；然后再進(jìn)行積分，直到最后消除靜差為止。 PID 控制的參數(shù)整定 數(shù)字控制系統(tǒng)就其本 質(zhì)來(lái)說(shuō)是一種采樣控制系統(tǒng)。 表 按擴(kuò)充臨界比例度法整定參數(shù) 控制度 控制規(guī)律 T Kp Ti Td PI K? TK PID K? TK TK PI K? TK PID K? TK PI K? TK PID K? TK TK PI K? PID K? TK 2． 擴(kuò)充響應(yīng)曲線法 在模擬控制系統(tǒng)中可以用響應(yīng)曲線法代替臨界比例 度法，因此在 DDC 中也可以用擴(kuò)充響應(yīng)曲線法代替擴(kuò)充臨界比例度法。盡管數(shù)值計(jì)算與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為求解模型參數(shù)提供了有效的方法和工具，但由于這些模型方程中有眾多的參數(shù)需要估計(jì)，而求解這些參數(shù)時(shí)又往往缺少足夠的信息特征和信息量，因此限制了現(xiàn)代控制理論的有效應(yīng)用。從線性控制與非線性控制的角度分類，模糊控制是一種非線性控制；從控制器的智能性看，模糊控制屬于智能控制的范疇，而且它已成為目前實(shí)現(xiàn)智能控制的一種重要而有效的形式。傳感器是將被控對(duì)象或各種過(guò)程的被控制量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（模擬或數(shù)字）的一類裝置。 把“大概”，“大約”，“近乎”等詞加在一個(gè)單詞的前面，會(huì)使該詞的確切詞義模糊化。根據(jù)電 阻 爐的響應(yīng)情況，計(jì)算出采樣時(shí)刻的溫度誤差 e 和誤差變化 ec，然后將溫度誤差 e 和誤差變化 ec 作為模糊控制系統(tǒng)的輸入， 使之 可以滿足不同時(shí)刻的溫度誤差 E和誤差變化 EC 之間的模糊關(guān)系，在進(jìn)行中不斷檢測(cè)溫度誤差 E和誤差變化 EC，運(yùn)用模糊推理進(jìn)行模糊運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的最佳調(diào)整，從而使被控制對(duì)象具有良好的動(dòng)、內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 靜態(tài)性能。 7．計(jì)算機(jī)執(zhí)行完 1~6 步驟后，即完成了對(duì)被控對(duì)象的一步控制，然后等到下一次A/D 采樣，再進(jìn)行第二步控制，這樣循環(huán)下去，就完成了對(duì)被控對(duì)象的控制。 注意“ good”用一個(gè) 0 和 1 之間的數(shù)字表示，因此所謂的前提是一個(gè)解析，它返回一個(gè) 0 和 1 之間的單位。它是模糊控制系統(tǒng)的核心，是專家的知識(shí)或 現(xiàn)場(chǎng)操作人員的經(jīng)驗(yàn)的一種體現(xiàn)，即控制中所需要的策略。 R (41) 式 (41)中，“ 。例如，“年幼”、“年輕”、“年老”等用模糊語(yǔ)言表示的模糊集合。 （ 3） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：包括各交、直流電動(dòng)機(jī)，伺服電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和液壓電動(dòng)機(jī)、液壓缸等。 1984 年，國(guó)際模糊系統(tǒng)學(xué)會(huì)成立。它是一種在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的常規(guī)控制算法，屬于線性控制。 （ 3） 選擇控制度 。 在很多控制系統(tǒng)中，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)是采用步進(jìn)電機(jī)或多圈電位器進(jìn)行控制的，所以，只要給一個(gè)增量信號(hào)即可。對(duì)溫度參量等滯后較大的對(duì)象，宜選 Ti 大一些。 PID 控制 的發(fā)展經(jīng)歷了液動(dòng)式、氣動(dòng)式幾個(gè)階段，目前正經(jīng)歷由模擬控制向著數(shù)字化、智能化控制的方向發(fā)展階段 ， 這些數(shù)字化、智能化的控制有著傳統(tǒng)的模擬控制無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，如：可以靈活的改變控制參數(shù)；可以靈活的改變控制策略等 【 6】 。 本系統(tǒng)采用 級(jí) K 型熱電偶。 熱電偶 溫度傳感器一般分為接觸式和非接觸式兩大類。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 溫度控制的基本原理 電阻爐為被控對(duì)象的控制過(guò)程見(jiàn)圖 。同傳統(tǒng)的 PID 控制比較，模糊控制響應(yīng)速度快，超調(diào)量小，參數(shù)變化不敏感。 溫度控制方案的介紹 在控制領(lǐng)域中，溫度控制電路廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，電阻爐溫度控制具有升溫單向性、大慣性、大滯后的特點(diǎn)。 電阻爐的工作原理 電阻爐 工作 原理是使電流 通過(guò) 在爐中的特殊發(fā)熱元件。 ③井 式 電阻 爐 爐膛為一豎直圓筒，電熱元件沿爐膛分層布置，多區(qū)分別控溫，爐內(nèi)溫差小，適用于軸類及桿件吊掛加熱，可避免工件彎曲變形，工件進(jìn)出爐多用橋式起重機(jī)起吊。 （ 3） 鹽浴爐 。 （ 2） 能滿足工件在各種工藝氛圍 (保護(hù)、運(yùn)載、反應(yīng) )中的要求，并使之成為可控。 （ 3） 設(shè)計(jì)電 阻爐溫度測(cè)控系統(tǒng)的方案及建立電阻爐測(cè)控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。s performance index. It is one kind of more ideal intelligence control plan. Key words: Resistance furnace。 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 system39。 （ 2） 介紹模糊控制及 PID 控制算法的相關(guān)知識(shí)。電阻爐不需要燃燒氣體 (或固體、液體 )，沒(méi)有排出因燃燒而產(chǎn)生的廢氣造成的熱 損失，爐膛空間內(nèi)熱強(qiáng)度高，能達(dá)到較高的溫度，使高熔點(diǎn) 工件 得以熔化。 以對(duì)流傳熱為主，輻射傳熱為輔，通常稱空氣循環(huán)電爐，爐溫多低于 650℃。缺點(diǎn) 是當(dāng) 爐底移出時(shí) 爐內(nèi)熱量散失大，爐溫 下 降快。通過(guò)實(shí)行機(jī)械化半連續(xù)操作，爐子生產(chǎn)率較高。執(zhí)行元件根據(jù)輸出信號(hào)調(diào)整電爐的輸 入功率，從而達(dá)到控制爐溫的目的。對(duì)溫度誤差采樣的精確量模糊化，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)處理輸入計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)根據(jù)模糊規(guī)則推理做出模糊決策，求出相應(yīng)的控制量， 并將該控制量 變成精確量去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)整輸入達(dá)到調(diào)節(jié)溫度 并 使之穩(wěn)定的目的。通過(guò)對(duì)目前幾種主要的控制系統(tǒng)比較，本文決定采用模糊控制與 PID 控制相 結(jié)合的方法，組成智能控制系統(tǒng)來(lái)控制 電阻 爐的爐溫。它能在高電壓、大 電流條件下，具有耐壓高、容量大、體積小等優(yōu)點(diǎn)，它是大功率開關(guān)型半導(dǎo)體器件，被廣泛應(yīng)用在電力、電子線路，自動(dòng)控制技術(shù)中 【 15】 。 ℃，為測(cè)量溫度的 %。據(jù)估計(jì)：在我國(guó)過(guò)程控制工業(yè)中需要約 50 萬(wàn)個(gè)智能的 PID 控制器。從而可以減小超調(diào)、提高穩(wěn)定性。 PID 的控制算法 根據(jù)遞推原理，可寫出 （ k1） 次的 PID 輸出表達(dá)式： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ??????? ??????? ???10 211kjDipkEkETTjETTkEKkP （ 38） 用式 （ 37） 減去式 （ 38） ，可得： [ ] [ ]( ) ( 1 ) ( ) ( 1 ) ( ) ( ) 2 ( 1 ) ( 2 )IDP k P k K p E k E k K E k K E k E k E k= + + + + （ 39） 式中：I iTK KpT= ─積分系數(shù)； DD TK KpT= ─微分系數(shù)； 由式 （ 39） 可知，要計(jì)算第 k 次輸出值 ()Pk ，只需知道 ( 1)Pk ， ()Ek ， ( 1)Ek ，( 2)Ek 即可， 比用式 （ 37） 計(jì)算要簡(jiǎn)單得多。記下使系統(tǒng)發(fā)生振蕩的臨界比例度 K? 及系統(tǒng)的振蕩周期 KT 。在古典控制理論中，應(yīng)用最成功的是比例積分微分 (PID)控制。之后，模糊 控制在許多國(guó)家如美國(guó)、西歐、內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 中國(guó)、東南亞引起了廣泛的重視，并受到國(guó)際控制理論學(xué)術(shù)界的關(guān)注。在 I/O 接口裝置中，除 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換外，還包括必要的電平轉(zhuǎn)換電路。因此，語(yǔ)言變量實(shí)際上是一種模糊變量，是用模糊語(yǔ)言表示的模糊集合。 設(shè) U 和 V 是兩個(gè)各自具有基礎(chǔ)變量 u， v的論域， R 是在 U V 論域上描述模糊蘊(yùn)含“若 A 則 B”的模糊關(guān)系，對(duì)于給定的 1A ∈ U，可推得由 1A 引出的結(jié)論 1B ∈ V為： 1B = 1A 。 4．控制規(guī)則。若單獨(dú)考慮其價(jià)格，則： if interface is good then charge is high。 模糊控制規(guī)則 控制規(guī)則的輸入是在 Rule Editor 窗口輸入的，以 ifthen 的形式表達(dá)。模糊推理部分主要由模糊化、模糊推理、去模糊化三部分組成。因此，它們也是一種算子，稱為模糊化算子。被控制量往往是非電量，如位移、速度、加速度、溫度、壓力、流量、濃度、濕度等。 模糊控制系統(tǒng)組成 一個(gè)模糊控制系統(tǒng)必須包含一些必要的部件。對(duì)于上述難以控制的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，有時(shí)一個(gè)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的操作人員，手動(dòng)操作效果卻很好。用擴(kuò)充曲線法整定 T 、 pK 、 iT 和 dT 的步驟如下： （ 1） 斷開數(shù)字控制器，使系統(tǒng)在手動(dòng)狀態(tài)下工作；將被調(diào)節(jié)量調(diào)節(jié)到給定值附近，并使之穩(wěn)定下來(lái)；然后，突然改變給定值，給對(duì)象一個(gè)階躍輸入信號(hào)。由于連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的控制回路一般都有較大的時(shí)間常數(shù)，在大多數(shù)使用情況下，采樣周期與系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)相比往往要小得多，所以 數(shù)字 控制系統(tǒng)中數(shù)字控制 的 參數(shù) 整定 可以利用模擬 控制 的 參數(shù) 整定方法 來(lái)進(jìn)行整定 。即這個(gè)過(guò)渡過(guò)程是快速并平穩(wěn)，然后準(zhǔn)確跟蹤。從 式 （ 33） 可知，控制器的輸出由三個(gè)部分組成： 第一部分 是比例控制部分，輸出 u1(t)=Kpe(t)與輸入偏差 e(t)成正比 ； 只要偏差 e(t)一 出現(xiàn)，控制器立即產(chǎn)生控制作用，使被控參數(shù)朝著減小偏差的方向變化，具有控制及時(shí)的特點(diǎn)。 PID 控制不僅是分布式控制系統(tǒng)的重要組成部分，而且內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 還 嵌入在許多有特殊要求的控制系統(tǒng)中。自 19 世紀(jì)發(fā)現(xiàn)熱電效應(yīng)以來(lái)，熱電偶便被廣泛用來(lái)測(cè)量 100~1300℃內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書（畢業(yè) 論文 ） 范圍內(nèi)的溫度，根據(jù)需要還可以用來(lái)測(cè)量更高或更低的溫度。 ym a xxm a xym i nxm a xyx