一種多加熱區(qū)溫度解耦主從控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于自動(dòng)控制技術(shù)中的溫度解耦控制領(lǐng)域，具體涉及一種多加熱區(qū)溫度解耦主從控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前隨著科技的進(jìn)步，熱處理設(shè)備越來(lái)越多，特別是大型熱處理設(shè)備，如真空爐、氣氛爐、空氣循環(huán)電爐等。但大多數(shù)該類(lèi)設(shè)備通常采多溫區(qū)控制，每個(gè)控溫區(qū)至少配置一只控溫儀表，每個(gè)儀表通過(guò)設(shè)定相同的設(shè)定值，予以單獨(dú)控制各區(qū)域溫度。
[0003]如圖1所示:B0—第O號(hào)分區(qū)的控溫儀表，BI—第I號(hào)分區(qū)的控溫儀表，B2—第2號(hào)分區(qū)的控溫儀表，Bn—第η號(hào)溫區(qū)的控溫儀表。ZO—第O加熱區(qū)的加熱器，Zl—第I加熱區(qū)的加熱器，Ζ2—第2加熱區(qū)的加熱器，Zn—第η加熱區(qū)的加熱器，SO—第O加熱區(qū)的實(shí)際溫度傳感器，SI—第I加熱區(qū)的實(shí)際溫度傳感器，S2—第2加熱區(qū)的實(shí)際溫度傳感器，Sn—第η加熱區(qū)的實(shí)際溫度傳感器，SV—為所有控溫儀表的設(shè)定溫度，PV0—0號(hào)儀表溫度反饋溫度，PVl-1號(hào)儀表反饋溫度，PV2—2號(hào)儀表反饋溫度，PVn-η號(hào)儀表反饋溫度，TG0—0號(hào)功率調(diào)節(jié)器，TGl — I號(hào)功率調(diào)節(jié)器，TG2—2號(hào)功率調(diào)節(jié)器，TGn—η號(hào)功率調(diào)節(jié)器。其中:一般η多2。該系統(tǒng)各環(huán)為單一 PID調(diào)節(jié)控制環(huán)，不具備解耦控制功能，其控制框圖如圖2所示。圖2中，SV—設(shè)定溫度，PV—反饋溫度，ΔΕ—SV與PV間的誤差，比例增益(P) -Kp,積分時(shí)間(I) —Ti，微分時(shí)間(D) —Td, MV-PID控制器運(yùn)算輸出。
[0004]如專(zhuān)利號(hào)為:CN201110043242.5，專(zhuān)利名稱(chēng)為:基于熱平衡的陶瓷輥道窯爐溫度解耦控制方法，摘要為:本發(fā)明提供的基于熱平衡的陶瓷輥道窯爐溫度解耦控制方法，是利用一種由多個(gè)PID控制器和I個(gè)解耦補(bǔ)償器及窯爐爐體組成的控制系統(tǒng)對(duì)陶瓷輥道窯爐溫度進(jìn)行解耦控制，具體是:第一步，在窯爐開(kāi)始升溫階段，先根據(jù)產(chǎn)品燒成曲線確定窯爐內(nèi)每個(gè)燒嘴對(duì)應(yīng)溫區(qū)的目標(biāo)控制溫度，然后整定PID控制器的參數(shù)；第二步，當(dāng)實(shí)際檢測(cè)到的溫度升至目標(biāo)控制溫度附近時(shí)，計(jì)算各燒嘴之間溫度耦合系數(shù)，得到溫度解耦補(bǔ)償器輸出解耦量，通過(guò)解耦量對(duì)各自回路的PID控制器輸出量進(jìn)行補(bǔ)償；第三步，得到補(bǔ)償之后的控制量通過(guò)執(zhí)行器實(shí)時(shí)調(diào)整對(duì)應(yīng)燒嘴的燃?xì)饬俊?br>[0005]該控溫方法存在如下缺點(diǎn):1、各控溫儀表獨(dú)立控制，在加熱過(guò)程中會(huì)相互熱耦合，對(duì)相鄰加熱區(qū)域會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)。2、硬件儀表多，成本高。3、系統(tǒng)總的抗擾動(dòng)能力較差。4.該控制方法還導(dǎo)致儀表太多，操作繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的主要是針對(duì)傳統(tǒng)多加熱區(qū)多儀表獨(dú)立控制方法，給系統(tǒng)帶來(lái)的溫度均勻性差，抗擾動(dòng)能力弱，成本高，操作不方便缺點(diǎn)，提供了去掉硬件儀表，采用軟件代替儀表，并植入數(shù)字解耦控制器，溫度均勻性好，抗擾動(dòng)能力強(qiáng)，低成本，柔性好，操作方便的控制方法。
[0007]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的技術(shù)解決方案可以通過(guò)以下方案來(lái)達(dá)到。
[0008]一種多加熱區(qū)溫度解耦主從控制方法，包括如下步驟:
第一步，通過(guò)常規(guī)的多環(huán)控溫方法，從最低加工零件爐溫溫度點(diǎn)和最高溫度點(diǎn)間均勻選取的m個(gè)溫度點(diǎn)，測(cè)量m個(gè)不同溫度點(diǎn)(即SVso, SVso…、SVsm^1)的溫度均勻性，并作出各測(cè)溫點(diǎn)的均勻性曲線，記錄下相應(yīng)測(cè)溫點(diǎn)下η個(gè)加熱區(qū)的穩(wěn)態(tài)時(shí)的實(shí)際溫度(即PV.、
PV0S1、...1PVc1sm-UPV1sc^PV1sP …、PLaj-u …；PVn_lscl、PVn_lsl、…、PVn-uu-u )；
第二步，將m個(gè)不同測(cè)溫點(diǎn)確定為各溫區(qū)的典型溫度耦合點(diǎn)，以耦合點(diǎn)溫度均勻性為依據(jù)，設(shè)置η個(gè)2 Xm維解耦數(shù)組(VC)，其中每一個(gè)解耦數(shù)組第一列m個(gè)元素分別為m個(gè)測(cè)溫點(diǎn)溫度(即SVstl、SVsl、…、SVsnri),第二列分別對(duì)應(yīng)為相應(yīng)溫區(qū)的m個(gè)測(cè)溫點(diǎn)時(shí)該溫區(qū)穩(wěn)態(tài)時(shí)的實(shí)際溫度(即PVS(1、PVS1、…、PVsnriX有η個(gè)溫區(qū)，就設(shè)定η個(gè)解耦數(shù)組，但是如果將某一溫區(qū)作為主控溫區(qū)，那么相應(yīng)的解耦數(shù)組的第二列元素與第一列數(shù)組設(shè)置相同，其余η-1個(gè)溫區(qū)為從控制區(qū)。
[0009]第三步，根據(jù)η個(gè)2Xm維解耦數(shù)組(VC)，以耦合點(diǎn)溫度(即解耦數(shù)組VC的第一列元素)為橫坐標(biāo)，各區(qū)在耦合點(diǎn)的實(shí)際溫度(即解耦數(shù)組VC的第二列元素)為縱坐標(biāo)，由nXm個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的η條耦合曲線，對(duì)于主控區(qū)則為一條45°直線，其余各區(qū)由m個(gè)點(diǎn)擬合成該區(qū)的耦合曲線；
第四步，將主控區(qū)的耦合曲線減去其余各溫區(qū)耦合曲線得到的偏差(PVB)，再與設(shè)定值(SV)相加得到新的設(shè)定值(SVl )，再將此新的設(shè)定值(SVl)和溫區(qū)實(shí)際溫度(PV)送到的PID調(diào)節(jié)器中參與控制計(jì)算，然后輸出到功率調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)加熱器功率，從而達(dá)到溫度均勻性調(diào)節(jié)的目的；
第五步，按照?qǐng)D5所示控制框圖編寫(xiě)控制軟件，調(diào)整PID控制器的P、1、D參數(shù)和適度修正解耦向量(VC)可以實(shí)現(xiàn)該控制方法，構(gòu)成帶解耦運(yùn)算的控制系統(tǒng)如圖6所示，可實(shí)現(xiàn)多加熱區(qū)系統(tǒng)的溫度解耦控制，其均勻性指標(biāo)和穩(wěn)態(tài)誤差都有非常大的提高。
[0010]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果:
根據(jù)本發(fā)明提供的上述方案，本發(fā)明的技術(shù)方案和上述對(duì)比文件的技術(shù)方案最大的不同在于:是本發(fā)明采用的技術(shù)方案是先解耦然后進(jìn)行PID調(diào)節(jié)輸出，而對(duì)比文件是先PID調(diào)節(jié)后解耦，因此本發(fā)明所提供的方案涉及的多加熱區(qū)溫度控制系統(tǒng)控制性能好，成本低，系統(tǒng)柔性好，操作方便的特點(diǎn)，同時(shí)有益效果主要體現(xiàn)在:
1.控制性能大幅提高。該控制器植入了關(guān)鍵的軟件解耦器，可大大提高各加熱區(qū)的溫度均勻性和調(diào)節(jié)性能；
2.節(jié)約硬件成本。本數(shù)字化多加熱區(qū)主從溫度控制器，取消了儀表硬件，特別是加熱區(qū)越多硬件儀表的成本節(jié)省就越明顯；
3.系統(tǒng)配置靈活。該控制器可根據(jù)加熱區(qū)的個(gè)數(shù)n，相應(yīng)建立η個(gè)解耦器、PID調(diào)節(jié)器的調(diào)用，很方便的實(shí)現(xiàn)η個(gè)加熱區(qū)的溫度控制環(huán)進(jìn)行解耦控制。當(dāng)然，加熱區(qū)的個(gè)數(shù)η因系統(tǒng)布局不同可靈活配置和改變；
4.便于集中監(jiān)控。該控制器由于采用軟件實(shí)現(xiàn)，參數(shù)給定與調(diào)節(jié)可通過(guò)軟件設(shè)置，簡(jiǎn)化了操作人員對(duì)多儀表操作的強(qiáng)度，而且很方便與計(jì)算機(jī)接口進(jìn)行可視化(或組態(tài)型)操作。
[0011]5.響應(yīng)速度塊、控制精度高。該控制器應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，可采用13位或更多位數(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(AD模塊)和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(DA模塊)提高數(shù)據(jù)采集和輸出精度，同時(shí)通過(guò)32位或64為雙精度數(shù)學(xué)運(yùn)算指令來(lái)提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)計(jì)算精度，從而保證控制器的控制精度。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1不帶解耦運(yùn)算多溫區(qū)控制結(jié)構(gòu)圖；
圖2不帶解耦控制的PID控制器控制框圖；
圖3多加熱區(qū)某測(cè)溫點(diǎn)溫度均勻性曲線圖；
圖4耦合曲線；
圖5帶解耦運(yùn)算的PID控制框圖；
圖6帶解耦器的多加熱區(qū)控制框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例1:
一種多加熱區(qū)溫度解耦主從控制方法，其特征在于包括如下步驟:
第一步，通過(guò)常規(guī)的多環(huán)控溫方法，從最低加工零件爐溫溫度點(diǎn)和最高溫度點(diǎn)間均勻選取的m個(gè)溫度點(diǎn)，測(cè)量m個(gè)不同溫度點(diǎn)(即SVso, SVso…、SVsm^1)的溫度均勻性，并作出各測(cè)溫點(diǎn)的均勻性曲線，記錄下相應(yīng)測(cè)溫點(diǎn)下η個(gè)加熱區(qū)的穩(wěn)態(tài)時(shí)的實(shí)際溫度(即PV.、
PV0S1、...1PVc1sm-UPV1sc^PV1sP …、PLaj-u …；PVn_lscl、PVn_lsl、…、PVn-uu-u )；
第二步，將m個(gè)不同測(cè)溫點(diǎn)確定為各溫區(qū)的典型溫度耦合點(diǎn)，以耦合點(diǎn)溫度均勻性為依據(jù)，設(shè)置η個(gè)2 Xm維解耦數(shù)組(VC)，其中每一個(gè)解耦數(shù)組第一列m個(gè)元素分別為m個(gè)測(cè)溫點(diǎn)溫度(即SVstl、SVsl、…、SVsnri),第二列分別對(duì)應(yīng)為相應(yīng)溫區(qū)的m個(gè)測(cè)溫點(diǎn)時(shí)該溫區(qū)穩(wěn)態(tài)時(shí)的實(shí)際溫度(即PVS(1、PVS1、…、PVsnriX有η個(gè)溫區(qū)，就設(shè)定η個(gè)解耦數(shù)組，但是如果將某一溫區(qū)作為主控溫區(qū)，那么相應(yīng)的解耦數(shù)組的第二列元素與第一列數(shù)組設(shè)置相同，其余η-1個(gè)溫區(qū)為從控制區(qū)；
第三步，根據(jù)η個(gè)2 Xm維解耦數(shù)組(VC)，以耦合點(diǎn)溫度(即解耦數(shù)組VC的第一列元素)為橫坐標(biāo)，各區(qū)在耦合點(diǎn)的實(shí)際溫度(即解耦數(shù)組VC的第二列元素)為縱坐標(biāo)，由nXm個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的η條耦合曲線，對(duì)于主控區(qū)則為一條45°直線，其余各區(qū)由m個(gè)點(diǎn)擬合成該區(qū)的耦合曲線；
第四步，將主控區(qū)的耦合曲線減去其余各溫區(qū)耦合曲線得到的偏差(PVB)，再與設(shè)定值(SV)相加得到新的設(shè)定值(SVl)，再將此新的設(shè)定值(SVl)和溫區(qū)實(shí)際溫度(PV)送到的PID調(diào)節(jié)器中參與控制計(jì)算，然后輸出到功率調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)加熱器功率。
[0014]實(shí)施例2:
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，本實(shí)施例主要用3溫區(qū)系統(tǒng)(即n=3)和溫度均勻性檢測(cè)點(diǎn)為8個(gè)(即m=8)予以說(shuō)明，并以第O加熱區(qū)為主控溫區(qū)，第I加熱區(qū)為從控制區(qū)，第2加熱區(qū)為從控制區(qū)，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。
[0015]參見(jiàn)圖3、圖4、圖5和圖6
在圖5中SV—設(shè)定溫度，PVB—為解耦輸出值，SVl —解耦后的設(shè)定溫度，VC-解耦向量，解耦向量(VC)為2X8維實(shí)數(shù)組，第I列存儲(chǔ)8個(gè)測(cè)溫點(diǎn)溫度，第2列存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于測(cè)溫點(diǎn)的8個(gè)穩(wěn)態(tài)溫度，這樣由兩列數(shù)組就構(gòu)成了溫度耦合曲線，如圖4所示。當(dāng)在設(shè)定溫度SV輸入到解耦器后，解耦器根據(jù)解耦向量(VC)產(chǎn)生的耦合曲線，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算確定耦合修正量輸出到PVB，再與設(shè)定值(SV)相