【正文】 9)本系統(tǒng)的開發(fā)方式 具有一定的特點(diǎn)，這是因?yàn)?Matlab 不僅在開發(fā)控制系統(tǒng)方面擁有優(yōu)勢(shì)，而且特別適合于數(shù)值計(jì)算，并具有強(qiáng)大的繪圖功能。 7)在進(jìn)行 MATLAB 中模糊控制器與控溫程序 DDE 鏈接的研究中，提出了建立公共工作空間的方法，從而解決了 VB 無(wú)法識(shí)別 MATLAB 中數(shù)值量的問題，為解決同類問題提供了參考。不過 由于控制頻率較高，也使得對(duì)執(zhí)行器及測(cè)溫元件的反映速度有很高的要求。 4)采用單回路模糊控制系統(tǒng)時(shí)，雖然也可保證一定的控制精度，但對(duì)于擾動(dòng)頻繁且強(qiáng)度比較大的控制 對(duì)象，其控制能力并不能很好的滿足生產(chǎn)要求。 2)對(duì)于電阻爐對(duì)象，采用高階 ,盼勝模型比一階純滯后模型更能反應(yīng)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。通過建模、仿真分析及實(shí)際應(yīng)用結(jié)果可總結(jié)如下結(jié)論 : 1)對(duì)于電阻爐對(duì)象的建模，可以有多種方法 :如時(shí)域法、頻域法、解析法等也可以使 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 35 頁(yè) 用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對(duì)電阻爐對(duì)象建模。 第二章為電阻爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這種對(duì)象，當(dāng)其溫度一旦超調(diào)就無(wú)法用控制手段使其降溫，而且也很難確定控制參數(shù)，應(yīng)用傳統(tǒng)控制理論及方法難以達(dá)到好的控制效果。其控溫單向性，是 箱式 電阻爐在升溫、保溫階段，可以依靠加熱體加熱來進(jìn)行控制 。 隨著科學(xué) 技術(shù)的發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真與分析，是研究控制系統(tǒng)的重要手段。向上的最大超調(diào)量240C，對(duì)應(yīng)時(shí)間為打開爐門后的 445 秒 :以控制精度為士 2℃的調(diào)節(jié)時(shí)間為 1250 秒。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 33 頁(yè) 但在本文中，對(duì)控制系統(tǒng)所做的分析是基于恒溫控制過程，即是在恒定溫度過程對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)的擾動(dòng)等現(xiàn)象的控制。 控溫系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)果 由于實(shí)際的 箱式 電阻爐生產(chǎn)過程通常由過程控制及恒溫控制兩部分組成 。當(dāng)執(zhí)行此命令時(shí)，發(fā)現(xiàn) Matlab 無(wú)法識(shí)別 Ee 與 Ec，不知道此變量具體代表什么數(shù)值。 綜上所述， VB 編寫的應(yīng)用程序可以向 Matlab 發(fā)送指令，并獲得所需要的計(jì)算結(jié)果，但是，在具體實(shí)現(xiàn)中仍然存在一個(gè)問題，即在 VB 給定的命令中，如含有變量，則 Matlab無(wú) 法 識(shí) 別 該 變 量 ， 只 能 將 其 當(dāng) 作 一 個(gè) 一 般 的 字 符 來 處 理 ， 如 ， Call SubSendOrder(Textl,Evalfis([Ee Ec],FuzzyName))。 2) 創(chuàng)建一個(gè)公共的方法，向 Matlab 發(fā)送指令。 4) 通過 LinkPoke, LinkRequest 或 LinkExecute 方法來通知服務(wù)器執(zhí)行操作命令。通?？刹捎萌缦碌暮?jiǎn)單步驟來進(jìn)行 DDE鏈接。 Windows 應(yīng)用程序通過建立 DDE 鏈接來實(shí)現(xiàn)它，鏈接中發(fā)出請(qǐng)求的應(yīng)用程序稱為“客戶端”，而執(zhí)行請(qǐng)求的應(yīng)用程序稱為服務(wù)器。一種是 VB 中 VBA 語(yǔ)言，另 一種是 DDE。 用 Visual Basic. Visual C++等編寫模糊控制器或智能控制器，不僅編程工作量大，調(diào)試、改進(jìn)難度高，控制精度及穩(wěn)定性也不易保證，而且設(shè)計(jì)者的大部分時(shí)間都將用在控制器的編寫、調(diào)試上。但由于查表法在查表的過程中，對(duì)于任意系統(tǒng)的誤差 e 和誤差變化率 e。這些軟件由于其面向?qū)ο蟮木幊趟枷耄瑥?qiáng)大的支持各種 ActiveX控件的功能等，使得編制平臺(tái)界面方便易行。因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)中的電爐為單相， 所以控制柜的可控硅電源電壓為單相交流 220V。 A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)方式可以選用 程序啟動(dòng)、定時(shí)器自動(dòng)觸發(fā)、外同步觸發(fā)等方式。由金屬與耐火非金屬材料的特性可知，愷裝熱電偶的熱慣性要小于金屬或非金屬材料外殼的工業(yè)熱電偶，但工業(yè)熱電偶可以測(cè)量非常高溫度物體。當(dāng)兩接點(diǎn)溫度不同時(shí)回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。那么 箱式 電阻爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作己基本完成，本文以此方法構(gòu)建 箱式 電阻爐的溫控系統(tǒng)。 綜上所述，當(dāng)擾動(dòng)量不太頻繁，且擾動(dòng)量不大時(shí)， PIDFUZZY 系統(tǒng)是較好的選 擇方案，但電阻爐是具有大慣性、強(qiáng)擾動(dòng)的熱工對(duì)象，所以 FUZZYPID 是這類對(duì)象 的首選結(jié)構(gòu)。 6) 由于大慣性對(duì)象對(duì)于輸出控制量的反應(yīng)是比較緩慢的，在大偏差時(shí)，即使控制量迅速增加，但對(duì)象仍沒有反應(yīng) 。 4) 從仿真結(jié)果看， FUZZYPID 控制系統(tǒng)比 PIDFUZZY 系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)。 2) 在設(shè)計(jì)模糊控制器時(shí)，應(yīng)該考慮模糊控制器的穩(wěn)定性問題，模糊控制器的穩(wěn)定性能是與模糊控制器的量化因子 K, , K,和比例因子 K，等因素有關(guān)的，通常情況，在一定采樣時(shí)間下，滿足 K, x K t(常數(shù) )即可，而常數(shù)的值是隨著系統(tǒng)而變化的。 1) 對(duì)于電阻爐這類具有大慣性特性的對(duì)象，單回路控制系統(tǒng)不能很好的解決外部 擾動(dòng)問題。 P 工 DFUZZY 串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制作用也比較強(qiáng)，而且它在對(duì)象為穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的控制精度要好于 FUZZY PID系統(tǒng)。 通過以上分析可以看出， FUZZY PID 串級(jí)控制系統(tǒng)更適用于擾動(dòng)頻繁，擾動(dòng)量 不大，經(jīng)常處于非穩(wěn)定工作狀態(tài)的被控對(duì)象。在本控制系統(tǒng)中，執(zhí)行器為可控硅，屬于電器裝置，它的執(zhí)行速度是很快的，可以滿足副控對(duì)象的高頻率要求，而熱電偶的慣性時(shí)間一般相對(duì)于大慣性被控對(duì)象而言是可以忽略的，所以測(cè)溫裝置的熱電偶也可以滿足系統(tǒng)的要求。因此，只取副回路作為單回路系統(tǒng)，進(jìn)行穩(wěn) 定性分析，即可確定模糊控制器在 PIDFUZZY 串級(jí)控制系統(tǒng)中的穩(wěn)定性。 =%，峰值時(shí)間 t。 主副控制器為 PIDFUZZY 串級(jí)系統(tǒng)仿 真 分析 PIDFUZZY 串級(jí)系統(tǒng)是采用 PID 控制器為主控制器、模糊控制器為副控制器來實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻爐主、副模型的控制。 串級(jí)結(jié)構(gòu)電阻爐控溫系統(tǒng)的仿真分析 從控制結(jié)構(gòu)上看，串級(jí)結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)對(duì)于內(nèi)環(huán)的擾動(dòng)，具有很好的抑制效果，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)抗擾動(dòng)的能力。采樣時(shí)間增大，控制器的穩(wěn)定性會(huì)更好些，但對(duì)于電阻爐這類熱工對(duì)象，往往由于生產(chǎn)安全需要使得采樣時(shí)間不能太大。由于規(guī)則既考慮了系統(tǒng)的誤差又考慮了誤差變化率，所以性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于一維模糊控制器。單輸入 — 單輸出結(jié)構(gòu)又分為一維模糊控制器、二維模糊控制器和多維模糊控制器。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 25 頁(yè) 2)建立模糊控制規(guī)則進(jìn)行模糊推理，即根據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)信息來決定模糊控制的輸出子集。 箱式 電阻爐模糊控溫仿真系統(tǒng) 模糊控制器，是按照人的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)通過模糊算法模仿人的操作策略，實(shí)現(xiàn)以機(jī)器代替人的生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制設(shè)備。 對(duì)于 FUZZYPID 串級(jí)系統(tǒng)中模糊控制器的穩(wěn)定性問題，也采用敘述的方法進(jìn)行分析。所以在計(jì)算 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 24 頁(yè) 發(fā)生，所以在仿真中也要將擾動(dòng)表現(xiàn)出來。所以仿真分析也主要是在這個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行。 在仿真過程中，應(yīng)該注意仿真條件與實(shí)際條件符合。規(guī)則觀察器和曲面觀察器是用于察看 FIS 的工具。這些工具之間是動(dòng)態(tài)鏈接的，使用他們中的任何一個(gè)對(duì) FIS 進(jìn)行修改將影響其它的窗口，并可使用任意一個(gè)或全部的界面來打開任意給定的系統(tǒng)或?qū)ぷ鲄^(qū)間進(jìn)行讀和寫。通過圖形界面，可以像堆積木一樣畫圖形模塊。本文使用 Matlab 中的 Simulink 工具對(duì)所建立的模型進(jìn)行仿真、分析。 atIa b 軟件的介紹 lyla tlah 是 由 MathWorks 公司推出的一套高性能的數(shù)值 計(jì)算和可視化數(shù)學(xué)軟件， 其含義是矩陣實(shí)驗(yàn)室 (MATRIX LABORATORY). Matlab 仿真軟件自 1984 年推出以來，己廣泛的應(yīng)用于各個(gè)科研領(lǐng)域，現(xiàn)已成為國(guó)際上公認(rèn)的最優(yōu)秀的數(shù)值計(jì)算及 仿真分析軟件 。C 溫區(qū)的試樣響應(yīng)溫度模型及加熱體響應(yīng)溫度模型進(jìn)行校驗(yàn)。因此，在以后各章中，我們只通過對(duì) 600℃的溫區(qū)模型進(jìn)行分析、仿真，而 800℃溫區(qū)的特性分析，與其是相似的，就不重復(fù)敘述了。同樣，即使給定相同的單位時(shí)間熱量擾動(dòng)，但高溫段散熱多，電阻爐所獲得的熱量相對(duì)減少，所以增益也會(huì)減小。 對(duì)串級(jí)控制系統(tǒng)中的對(duì)象進(jìn)行建模，采用的實(shí)驗(yàn)方法與單回路基本相似，即分 兩個(gè)溫度段進(jìn)行，階躍擾動(dòng)值用單回路中的取值 .對(duì)于 600℃的溫度范圍，將電阻爐從550℃狀態(tài)下的 3165mV控制電壓下，階躍到 3300MV，待穩(wěn)定后測(cè)取加熱體溫度 B,及試樣溫度 ，然后應(yīng)用兩點(diǎn)法對(duì)飛升曲線進(jìn)行處理計(jì)算。一個(gè)閉環(huán)在里面，被稱為副環(huán)或副回路。當(dāng)階躍響應(yīng)曲線呈 S 形狀時(shí)，即可用純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)或高階慣性環(huán)節(jié)來確定其動(dòng)態(tài)模型，然后根據(jù)畫出的階躍響應(yīng)曲線計(jì)算出模型動(dòng)態(tài)參數(shù)。通過對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析可知，A/D, D/A 及信號(hào)采集板都為電器元件，其執(zhí)行的動(dòng)作雖然也有一定的慣性，但對(duì)于整個(gè)對(duì)象的大慣性而言，其慣性與延遲所占的比例還是很小的，所以這里可以忽略，而僅看作比例環(huán)節(jié)。因此，只要得出被控對(duì)象擾動(dòng)的階躍響應(yīng)曲線，并通過一定算法，即可求出熱工對(duì)象模型中的各個(gè)參數(shù)，而確定數(shù)學(xué)模型。而其中的頻域方法和統(tǒng)計(jì)方法，一般對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求精度高，建模及數(shù)據(jù)處理方法復(fù)雜，所以熱工過程通常采用時(shí)域方法建模。 對(duì)象實(shí)驗(yàn)建模各步驟之間的關(guān)系如圖 所示。 2)模型結(jié)構(gòu)選擇，根據(jù)辨識(shí)的目的，利用基本知識(shí)、定理等，進(jìn)行具體分析，確定所要建立的模型階次的高低。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁(yè) 實(shí)驗(yàn)建?；蜻^程辨識(shí)一般都需要在被研究的過程或?qū)ο蟮妮斎攵耍尤胍欢ㄐ问降臄_動(dòng)信號(hào)，這個(gè)擾動(dòng)信號(hào)可以是階躍信號(hào)、脈沖信號(hào)、周期信號(hào)，或者是在統(tǒng)計(jì)研究中采用的白色噪聲信號(hào)。 實(shí)驗(yàn)建模 實(shí) 驗(yàn)建模是在實(shí)際的生產(chǎn)設(shè)備上通過實(shí)驗(yàn)獲得該對(duì)象某些參數(shù)的動(dòng)態(tài)特性。 對(duì)于某些較簡(jiǎn)單的生產(chǎn)過程或?qū)ο?，通過理論分析，應(yīng)用一些基本定律如質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律、牛頓定律等就可以找到輸入量、輸出量和其他變量間的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)表達(dá)式，既動(dòng)態(tài)模型。 熱工控制對(duì)象建模方法 熱工對(duì)象動(dòng)力學(xué)模型的建模方法可分為理論建模和實(shí)驗(yàn)建模兩大類 [3235]。隨著電子計(jì)算機(jī)和仿真技術(shù)的發(fā)展，己經(jīng)不需要建立小的物理模型，而是首先建立這些復(fù)雜生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型，然后通過計(jì)算機(jī)仿真使之成為活的模型。 2)指導(dǎo)生產(chǎn)設(shè)備的條件。但也應(yīng)該承認(rèn)，只有在非常特殊的情況下，數(shù)學(xué)模 型才能表達(dá)對(duì)象或過程的所有細(xì)節(jié)。數(shù)學(xué)模型是人們對(duì)所研究客觀系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述。 箱式電阻爐的使用說明 烘爐，當(dāng)電阻爐第一次使用或長(zhǎng)時(shí)間停止使用后再次使用時(shí)，必須進(jìn)行烘爐。要是 爐門的密封性隔熱性能良好就不會(huì)出現(xiàn)上述事件的發(fā)生，保證熱處理的正常進(jìn)行。爐門也用優(yōu)質(zhì)的碳化硅耐火材料制成形狀也爐口相互配合的形狀，鑲嵌到爐門上，爐口是用冷 軋鋼板焊接而成，它們中間用優(yōu)質(zhì)的保溫材料作保護(hù)層。(m：物體的重量； g：重力加速度； amp。 高： h1=160mm） 。 寬： b=650mm。 最后將實(shí)際控制效果與仿真效果進(jìn)行了比較，可以看到它們之間還有一定差別，這主要是在建模、仿真過程中，假設(shè)了一些理想條件，而實(shí)際過程存在著誤差，因此，對(duì)于建模、仿真還可以近一步改進(jìn)，從而找出更符合大慣性電阻爐這一類熱工對(duì)象的建模方法、仿真方法及控制方法。 如上所述，根據(jù)傳熱學(xué)知識(shí)，可計(jì)算出各種熱損失率，進(jìn)而確定了電阻爐的總功率。所以只要計(jì)算出各種熱消耗功率的總和，即可算出電阻爐所需的總 電功率。 電阻爐功率的確定有估算法與熱平衡法 [15]。 其次 ，構(gòu)造出串級(jí)的模糊 PID 控制系統(tǒng)與串級(jí)的 PID 模糊控制系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)建模及仿真分析 完成了電阻爐對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立，我們要對(duì)這一模型的特性進(jìn)行分析。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁(yè) 第三 :分別對(duì)高階慣性模型與一階純滯后模型 輸入一個(gè)階躍響應(yīng)，并得到各自的響應(yīng)曲線，同時(shí)將響應(yīng)曲線化成標(biāo)么曲線形式。具體步驟如下 : 第一 :在電阻爐溫度穩(wěn)定后，加入一個(gè)階躍電壓，然后測(cè)得電阻爐系統(tǒng)的溫 度響應(yīng)曲線。 設(shè)計(jì) 方法 本文通過對(duì)電阻爐進(jìn)行建模、仿真，綜合評(píng)價(jià)其動(dòng)態(tài)特性，近而為實(shí)際控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考，其主要工作由三部分組成?；蛘咄ㄟ^一定的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì) 2 點(diǎn)溫度進(jìn)行一定補(bǔ)償，近似推算出 1 點(diǎn)溫度。因此保證 1 點(diǎn)溫度的精確性是產(chǎn)品工藝的主要要求。點(diǎn)是熱電偶 測(cè)量加熱試樣溫度的充分接近點(diǎn)。由于大容量電阻爐是具有大慣性等復(fù)雜熱工特性的一種典型代表，所以通過對(duì)它的研究，可對(duì)此類對(duì)象進(jìn)行深入的探討及了解。本文以間接加熱電阻爐 為實(shí)際研究對(duì)象進(jìn)行系統(tǒng)分析，從而找出適合大慣性動(dòng)態(tài)特性對(duì)象的一般控制方法。因此， 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁(yè) 作為從事熱工自動(dòng)化方向的科技工作者深入到智能控制的研究中是非常必要的?，F(xiàn)代工業(yè)是朝著節(jié)能與環(huán)保的大方向發(fā)展的，在這種趨勢(shì) 的推動(dòng)下，燃燒爐已經(jīng)退出歷史的舞臺(tái)， 而電阻爐在這方面的優(yōu)勢(shì)，使得它在工業(yè)上得到了進(jìn)一步的廣 泛應(yīng)用。而且，隨著爐內(nèi)換熱方式與換熱程度的不同，也使得電阻爐的動(dòng)態(tài)特性有很大的不同。但這種電阻爐各點(diǎn)的熱慣性差 異不會(huì)太大。所以，這種電阻爐中熱電偶位置的選擇可以隨意一些，而且采用單回路