先进控制技术在硬质合金低压烧结炉中的应用研究

论文摘要

工业生产过程作为控制论的重要应用背景领域,以其特有的复杂性推动着控制论的向前发展。目前,传统的控制方案已经不能满足工业生产的高效益,低能耗的要求,因此,各种先进控制算法应运而生。模糊控制算法作为先进控制算法的代表,在其他工业领域已经有不少成功应用的案例。目前我国是世界上最大的硬质合金消费国,低压真空烧结炉是硬质合金烧结的关键设备,但生产所需的烧结炉仍主要依赖进口,自主研制低压真空烧结炉及配套的控制系统无疑具有重要的应用价值。本论文是作者在完成企业横向委托项目“四川自贡硬质合金有限公司低压烧结炉计算机控制系统设计”基础上写成的,由于控制对象具有非线性,大时滞,强耦合和时变性的特点,常规的算法不能满足烧结炉控制要求,必须采用先进控制算法。作者经过近一个月的实验室调试以及近两个月的现场数据采集、调试、修改,并成功投运,达到企业所要求的目标,取得了良好的经济效益。本文以低压烧结炉为具体研究对象,通过目前国内外相关领域的了解和学习,总结出控制技术在低压烧结炉中应用研究的现状。结合低压烧结炉的工艺生产过程,分析出低压烧结炉的生产控制要求,并且完成了低压烧结炉控制系统的硬件设计。在硬件设计的基础上,本文提出多种控制方案。首先根据现场实验数据辨识出烧结炉加热起始阶段的数学模型,而现场调试的经验证明了常规PID控制无法满足低压烧结炉的控制要求,并根据调试经验总结出低压烧结炉的控制特点。在此基础上,确立了模糊PID自整定控制方案为最终的控制方案。在生产车间一线操作者十多年丰富的现场操作经验的基础上,完成了模糊PID自整定控制器的设计及其工程化实现。选用西门子S7300 PLC编程实现,完成了低压烧结炉的控制,达到了控制要求。根据现场调试的经验,本文分析了模糊PID自整定控制器在本项目应用中的几个不足,并对控制器做出了符合烧结炉的几点改进。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.1.1 工业控制自动化技术的发展
• 1.1.2 工业生产过程中的控制算法
• 1.2 课题研究的现状及存在的问题
• 1.2.1 课题研究的现状
• 1.2.2 课题研究的意义及存在的问题
• 1.3 本论文的主要内容
• 2 低压烧结炉的工艺及控制系统硬件设计
• 2.1 硬质合金烧结成型原理
• 2.1.1 脱蜡
• 2.1.2 真空烧结
• 2.1.3 低压热等静压处理
• 2.2 低压烧结炉过程的工艺控制
• 2.2.1 工艺过程
• 2.2.2 工艺温度曲线
• 2.3 被控对象
• 2.4 低压烧结炉控制系统的硬件设计
• 2.5 本章小结
• 3 烧结炉温度控制方案
• 3.1 烧结炉温度控制方案
• 3.2 常规PID 控制方案及起始段PID 参数
• 3.2.1 常规PID 控制
• 3.2.2 模型辨识的一般方法
• 3.2.3 烧结炉动态特性实验测定和识别
• 3.2.4 实验方案
• 3.2.5 试验注意事项
• 3.2.6 对象传递函数模型
• 3.2.7 实验数据处理
• 3.2.8 结论
• 3.3 先进控制算法的确立
• 3.3.1 模糊控制
• 3.3.2 模糊PID 自整定算法
• 3.4 本章小结
• 4 模糊PID 参数自整定控制器初步设计
• 4.1 模糊PID 自整定控制器设计的主要内容
• 4.2 模糊PID 自整定控制器设计的主要步骤
• 4.2.1 模糊控制器的输入输出变量
• 4.2.2 论域、量化因子，比例因子
• 4.2.3 精确量的模糊化
• 4.2.4 模糊推理及模糊控制规则
• 4.2.5 反模糊化
• 4.2.6 模糊控制查询表及算法流程表
• 4.2.7 采样时间
• 4.3 本章小结
• 5 模糊PID 参数自整定控制器详细设计
• 5.1 模糊PID 参数自整定控制器设计的具体步骤
• 5.1.1 输入输出变量的选择
• 5.1.2 确立精确量模糊化方法
• 5.1.3 建立控制规则表
• 5.1.4 确立反模糊化方法
• 5.1.5 模糊控制查询表的建立
• 5.1.6 加热起始段的PID 参数
• 5.2 模糊PID 参数自整定控制算法程序
• 5.2.1 S7300PLC 简介
• 5.2.2 PLC 程序
• 5.3 现场调试
• 5.3.1 现场存在的问题及控制算法的改进
• 5.3.2 工程实际运行情况
• 5.4 本章小结
• 6 总结和展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录