【正文】 構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，價(jià)格便宜； （ 2） 測(cè)溫精度較高，高溫區(qū)的復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好； （ 3） 由于測(cè)溫顯示 的是 電信號(hào)， 這就 便于 信 號(hào)的遠(yuǎn)傳和記錄，也有利于集中檢測(cè)和控制； （ 4） 熱電偶體積小，熱容量及熱慣性 也相對(duì)很 小。 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。 熱電偶由于測(cè)溫范圍寬，它在工程實(shí)際中的應(yīng)用非常廣泛。熱電偶的工作原理基于熱電效應(yīng)。 熱電偶 溫度傳感器一般分為接觸式和非接觸式兩大類。自從 20 世紀(jì) 50 年代問世以來已經(jīng)發(fā)展成了一個(gè)大的家族，它的主要成員有單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、快速晶閘管。要進(jìn)行量程調(diào)整、零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移只要改變 F、 C、 Zo 的大小就能實(shí)現(xiàn) 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 由圖 可求得變送器輸出與輸入之間的關(guān)系為： 0()1 Ky Cx zKF??? （ 31） 當(dāng)滿足深度負(fù)反饋的條件，即 KF》 1 時(shí)，上式變?yōu)椋? 01 ()y Cx zF?? （ 32） 此式表明，在 KF》 1 的條件下，變送器輸出與輸入之間的關(guān)系取決于測(cè)量部分和反饋部分的特性，而與放大器的特性幾乎無關(guān)。 反饋部分則把變送器的輸出信號(hào) y轉(zhuǎn)換成反饋信號(hào) Zf， 再 送回至輸入端。 xmax、 xmin分別為被測(cè)變量的上限值和下限值。 給 定 溫 度 控 制 器 可 控 硅 電 路 電 爐 實(shí) 際 溫 度溫 度 變 送 器 圖 溫度控制框圖 變送器 變送器是基于負(fù)反饋原理工作的，其構(gòu)成原理如圖 所示，它包括測(cè)量部分、放大器和反饋部分。 溫度控制系統(tǒng)的被控對(duì)象是電阻爐，被控參數(shù)為爐內(nèi)溫度，用熱電偶檢測(cè)爐內(nèi)實(shí)際溫度。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 溫度控制的基本原理 電阻爐為被控對(duì)象的控制過程見圖 。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)合、不同的被控 對(duì)象和所要求的控制曲線和控制精度，選擇不同的 控制 方法。模糊控制提供了一種新的有效途徑，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力來修正偏差和偏差變化的比例系數(shù)，達(dá)到優(yōu)化模糊控制的作用，從而進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)時(shí)控制效果，其優(yōu)點(diǎn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，能達(dá)到高精度的快速控制，具有極強(qiáng)的魯棒性和適應(yīng)能力。但是，模 糊控制所基于的專家經(jīng)驗(yàn)不易獲得，一成不變的控制規(guī)則也很難適應(yīng)被控制系統(tǒng)的非線性、時(shí)變性，嚴(yán)重影響控制效果。 （ 5） 模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合 溫控系統(tǒng)由于被控過程常常具有嚴(yán)重的非線性、時(shí)變性以及種類繁多的干擾，使得基于精確數(shù)學(xué)模型的傳統(tǒng)控制方案很難獲得滿意的動(dòng)靜態(tài)控制效果。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。但 PID 控制 本質(zhì)是線性控制，而模內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 糊控制具有智能性，屬于非線性領(lǐng)域。然而，模糊控制的局限性在于對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析和標(biāo)準(zhǔn)缺乏系統(tǒng)的方法步驟，規(guī)則庫缺乏完整性，沒有明確的控制結(jié)構(gòu)。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。PID 控制簡(jiǎn)單、 方便，但難以解決非線性和參數(shù)的變化，模糊控制不需要裝置的精確模型，僅依賴于操作人員的經(jīng)驗(yàn)直觀判斷，非常容易應(yīng)用。 （ 3） 模糊控制 模糊控制是基于模糊邏輯的描述一個(gè)過程的控制算法，主要嵌入操作人員的經(jīng)驗(yàn)和直覺知識(shí)。該方法響 應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，算法簡(jiǎn)單，且易于用硬件和軟件實(shí)現(xiàn)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） （ 2） 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 溫度控制系統(tǒng)由于負(fù)載的變化以及外界干擾因素復(fù)雜， PID 控制只能對(duì)電參數(shù)的影響做精確的計(jì)算，對(duì)于外界環(huán)境的變化只能做近似的估算，影響控制精度。自 19 世紀(jì) 40 年代以來，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)過程控制中至今仍 被 廣泛應(yīng)用 。 所以， 最近幾年快速發(fā)展的 PID 控制 、 模糊控制以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 、 遺傳算法在溫度控制中 被廣泛 應(yīng)用。傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路簡(jiǎn)單實(shí)用，但由于繼電器動(dòng)作頻繁，可能會(huì)因觸點(diǎn)不良而影響正常工作。 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)。溫度檢測(cè)裝置的測(cè)頭 (如熱電偶 )將爐內(nèi)溫度高低轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電信號(hào)輸入控制系統(tǒng)與設(shè)定的電爐溫度整定值進(jìn)行比較，將比較所得到結(jié)果進(jìn)行放大、校正等處理得到輸出信號(hào)送至執(zhí)行元件。其方法是先不接把控制器接入控制回路，系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)，用飛升曲線法可測(cè)得式 (28)中的各系數(shù)的近似值如下 : fT =360s， ? =10s， fK =2, 即： ? ? sessG 101360 2 ??? （ 29） 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第三章 電阻爐溫度控制系統(tǒng) 電阻爐的溫度控制系統(tǒng)同其它各種自動(dòng)控制系統(tǒng)一樣，主要由測(cè)量、給定、比較、放大和執(zhí)行幾部分組成。 這三個(gè)參數(shù)一般用實(shí)驗(yàn)的方法或數(shù)學(xué)分析的方法去求得。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大多數(shù)控制過程的模型?？梢越频赜靡浑A慣性、二階慣性或一階慣性加延時(shí)、二階慣性加延時(shí)來描述。 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 )。對(duì)象的數(shù)學(xué)模型不同，所用的整定程序及整定公式也會(huì)不同。 發(fā)熱元件由于放射熱量而提高爐膛的溫度，因而就把被加熱金屬加熱至所需要的溫度。 電阻爐的工作原理 電阻爐 工作 原理是使電流 通過 在爐中的特殊發(fā)熱元件。又因工 件始終在吊掛狀態(tài)下加熱，工件變形小。淬火后的工件吊入洗滌裝置清洗、干燥后，再吊入回火爐中進(jìn)行回火處理，從而完成一個(gè)熱處理周期。工件熱處理時(shí)，先將工件在預(yù)熱爐內(nèi)預(yù)熱 (有的工件可不需預(yù)熱 )，再吊裝入淬火加熱爐內(nèi)加熱，加熱后的工件隨淬火加熱爐一起移動(dòng)到淬火油槽 (或淬火水槽、硝鹽爐 )上方，開動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)迅速將工件降到油槽中淬火。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） ⑤立 式 聯(lián)合電 爐 立 式聯(lián) 合 電爐 是 將 工 件 在 熱處理過程中需要 的主 要熱處 理 設(shè)備按 工藝 順序排列成線，組成 一 個(gè) 可 連續(xù)操作的 生 產(chǎn)線。 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。工件置放在爐底或爐底上的料盤內(nèi)，由推料機(jī)、步進(jìn)機(jī) 或振底機(jī)構(gòu)連續(xù)進(jìn)料，也可將工件放在輸送帶上連續(xù)、慢速地向爐內(nèi)進(jìn)料。常用井式電阻爐的爐膛直徑為 ～ ，爐膛深度可達(dá)30m。 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。臺(tái)車式電阻爐除具 有 室式電阻爐的優(yōu)點(diǎn)外，還 具有 裝載量大、生產(chǎn) 率高 、裝卸料方便等優(yōu)點(diǎn)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） ① 室內(nèi)電阻爐 箱式爐體，固定式爐底，實(shí) 行間 斷加熱， 具有 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通用性好、購置費(fèi)用低等特點(diǎn)，適 用于中小型 工件熱處理加熱用。 按爐型分 電阻爐按結(jié)構(gòu)形式分為室式爐、臺(tái)車式爐、井式爐、連 續(xù)式 (包括推桿式、步進(jìn)式、振底式、輸送帶式 )爐等。如用堿類代替硝鹽，則稱為堿浴爐 。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。鹽液溫度隨爐溫不 同 而異：鹽液溫度 1000～ 1350℃時(shí)，稱高溫鹽浴爐； 550～ 1000℃時(shí)，稱中溫鹽浴爐； 150～ 550℃時(shí)，稱低溫鹽浴爐。 ①電極鹽浴爐。 （ 3） 鹽浴爐 。 （ 2） 對(duì)流式電阻爐 。 以輻射傳熱為主、對(duì)流傳熱作用很小。 （ 6） 占地面積小，節(jié)省投資。有連鎖內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 保護(hù)、報(bào)警、防爆、數(shù)顯、曲線記錄等功能，使之操作簡(jiǎn)便，工藝穩(wěn)定，重復(fù)性好。 ℃ 。高純度的氫氣，其含氧量可小于 ，其露點(diǎn)小于 70℃。由保護(hù)氣氛來保證爐內(nèi)氣氛的清潔。 （ 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。 電阻爐的特點(diǎn) （ 1） 熱效率高。 電阻爐的主要參數(shù)有額定電壓、額定功率、額定溫度、工作空間尺寸、生產(chǎn)率、空爐損耗功率、空爐升溫時(shí)間、爐溫控制精度及爐溫均勻性等。電氣控制系統(tǒng)包括電子電路 、微機(jī)控制、儀表顯示及電氣部件等。電阻爐由爐體、電氣控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第二章 電阻爐的介紹 電阻爐是利用電流通過電熱體元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能來加熱或熔化工件和物料的熱加工設(shè)備。單純模糊控制雖然能夠適用于無法精確解析建模的物理對(duì)象，但 是 要獲得好的控制效果需要有系統(tǒng)的 專業(yè) 知識(shí)和完整合理的模糊規(guī)則，這導(dǎo)致其應(yīng)用受到了很大局限。 （ 5） 對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析和討論。 （ 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。本文主要進(jìn)行了以下幾方面的工作： （ 1） 論述了電阻爐溫度控制系統(tǒng)的課題目的、意義，當(dāng)前計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的發(fā)展動(dòng)態(tài)及本論文的主要內(nèi)容并對(duì)電阻爐的控制特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。 論文研究的主要內(nèi)容 本文以電阻爐為研究對(duì)象，針對(duì)電阻爐的溫度，在比較、研究不同控制策略的基礎(chǔ)上，主要對(duì)模糊控制、 PID 控制算法在電阻爐溫度控制中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。 隨著 21 世紀(jì)的來臨，隨著我國進(jìn)入 WTO 行列，這將給我國的工業(yè)電阻爐帶來更佳的發(fā)展機(jī)遇。為了節(jié)約能源，老式電阻爐大都要進(jìn)行技術(shù)改造，使其節(jié)約電能。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。由于高性能新材料的出現(xiàn)，檢測(cè)監(jiān)控元件的更新?lián)Q代，微機(jī)控制在電爐中的應(yīng)用，使得我國 工業(yè)電阻爐在 90年代發(fā)展 迅 速 。 Fuzzy control。s performance index. It is one kind of more ideal intelligence control plan. Key words: Resistance furnace。 關(guān)鍵詞： 電阻爐 ； PID 控制；模糊控制； MATLAB 仿真 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） The Temperature Control System Design and Simulation Research of Resistance Furnace Abstract Temperature 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 plex 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,