第四章热处理炉温的自动控制重点介绍.ppt

第四章   热处理炉温的自动控制 在金属热处理工作中，温度参数必须进行准确的测量，但更重要的是给于精确的控制，以确保产品的高产优质。 在一般的情况下，热处理工艺要求能将炉温控制在一个稳定的数值上，这种调节系统称为定值自调系统。 常用的调节系统有位式调节和连续PID调节。 §4－1 位式炉温调节系统 位式调节，只有通断两种工作状态，我们前面讲的XCT-101动圈式仪表和XWB-101电子电位差计等，它们的调节器均是位式调节器。 一、二位式自调系统 2.二位式调节过程 二、三位式自调系统 由于二位式调节的特性可知，炉子的输入功率只能有零和额定两种极端状态。炉温的波动很大，为使炉温波动得到改善，可采用三位式调节系统。 三位式调节输出信号为三个状态“1”、“1/2”、“0”。而且负载为两组。 1.三位式调节过程 三、超前位式自调系统 §4－2 连续PID调节的基本概念 所谓PID调节——是指比例调节、积分调节和微分调节为一体的调节方式。也是自适应调节中的一种。 这种调节的输出信号不再是简单的“1”和“0”两种极端状态。而是和偏差信号成比例、积分和微分的关系。 这种调节可以连续输出一定范围控制信号，通过控制可控硅调压器或调功器，改变可控硅的导通程度从而达到连续调节炉子输入功率。 这种调节方式主要优点是调节平稳、控制精度高。 一、比例调节（P） 1.比例调节的特性 比例调节的基本特性是输出信号与输入信号成比例关系，可用下式表示： 2.比例带（δP） 衡量比例调节作用的范围和强弱，习惯上不使用放大倍数KP，而是用KP的倒数: 例题：某调节仪表的量程是0～1000℃，给定温度为980℃。指针从980℃到780℃变化时，对应调节器输出0～10mA。 偏差值： 3.比例调节系统的调节过程及其静差 用比例调节组成炉温自调系统，能够较快地克服干扰所引起的温度波动，并且克服波动的能力还随偏差的增大而加大。 比例调节不可避免地会出现“静差” ，所谓静差是指干扰产生后，炉温恢复到稳定后的数值与给定值之间的差值。 电阻加热炉温度稳定后，在单位时间内由电热元件供给炉子的热量Qi（加热功率）必须与炉子所散失的热量Q0（消耗功率）相等。 加热功率取决于调节器输出电流ΔI，而要输出一定的电流ΔI，就必须要有一定的偏差Δσ，偏差是不可避免的。 静差的大小与比例带有关，比例带越大，静差越大。 二、比例积分调节（PI） 在比例调节的基础上加入积分调节，构成比例积分调节，这种调节可以自动克服单纯比例调节所引起的静差。 1.积分调节的特性 积分调节器输出信号ΔI与输入信号Δσ的积分成正比，即： 2.比例积分调节的特性 实际上，积分调节很少单独使用，一般都是与比例调节结合构成比例积分调节。 三、比例积分微分调节（PID） 比例积分调节系统，可以将被调节量的静差减到很小，但由于积分作用的输出是随时间的增加而逐渐增加的。所以不能迅速克服干扰对被测量的影响。 对于热惯性大的炉子，当调节器感受的偏差时，干扰已经作用力一段时间，如果只有比例积分调节，势必在偏差发展的较大值时才能产生较强的作用。这样会延长调节时间。 微分作用应用到温度自调节系统时，如果生产过程中由于干扰而使炉温突然而又剧烈地偏离给定值，就可以产生一个较大的微分输出。快速消除偏差。 如果炉温与给定值虽然存在偏差，但不变化（静差），那么不管这个偏差多大，也不管偏差持续的时间有多长都不能有微分作用输出。 微分调节对动差具有强烈有力的调节作用，对静差却无能为力。 §4－3 PID调节的计算机实现 1. 连续PID控制微分方程的离散化 按偏差的比例、积分、微分控制是过程控制中应用最广泛的一种控制规律。而且，用计算机来实现PID控制的算法也相应发展，出现了非线性PID、选择性PID、增益自适应PID算法等。 PID控制的理想方程为： 为了用计算机实现PID控制规律，当采样周期T很短时，可以将方程离散化。用一阶差分代替一阶微分，用矩形或梯形积分求连续积分。 令t＝nT(T为采样周期，n为采样次数)；控制过程中T为定值，t时刻可用n来表示， （4-5）式可改写为： (4-7)式是控制算法的一种非递推公式，按(4-7)式计算u(n)不仅需要本次采样的输入值e(n)和上次采样的输入值e(n-1)，而且还需要用e(0)到e(n)的积分值。当n很大时要占用很多内存空间。因此，应将它化成递推形式。 根据（4-7）式，第n次的采样