[发明专利]基于线性降阶自抗扰控制技术的热处理电阻炉控制方法

摘要

本发明提出一种基于线性降阶自抗扰控制技术的热处理电阻炉实用控制方法，能够提高热处理电阻炉控制过程中输出温度的控制精度且能达到较好的节能降耗的效果。第一步：建立热处理电阻炉控制模型；第二步：根据第一步中建立的控制模型，设计线性降阶自抗扰控制器；第三步：借助飞升曲线确定电阻炉动态特性，提出以PID参数整定为基础的自抗扰参数快速确定方法；第四步：提出在保留原有电阻炉PID控制仪表的基础上，设计新控制系统电路及系统新控制柜，用工控机、触摸屏、采集卡、不间断电源等替代原有控制仪表，提高控制系统的智能化和快捷性。

主权项

1.一种基于线性降阶自抗扰控制技术的热处理电阻炉实用控制方法，主要对热处理电阻炉炉膛内的温度进行控制，其特征在于，包括以下步骤：第一步：建立热处理电阻炉的控制模型：    热处理电阻炉的数学模型为：其中，是静态过程增益，是时间常数，是时滞时间常数；对热处理电阻炉的数学模型进行简化处理后，热处理电阻炉的控制模型如下描述：其中，，是状态向量，，分别是状态向量，的微分形式，是输出变量，对于热处理电阻炉指的是电阻炉内部的炉膛温度，是控制变量，是放大倍数，代表被控对象热处理电阻炉的总扰动，包括内扰和外扰；第二步：根据第一步中建立的控制模型，考虑到电阻炉的实际输出量为炉膛温度，是一个直接测得的量，将作为已知量去掉，得到新的热处理电阻炉的控制模型为： 根据新的热处理电阻炉的控制模型设计如下的线性降阶扩张状态观测器（ESO）,用来实时估计本系统的扰动并实时给予补偿：其中，为临时换算参数，为观测器输出，用来估计系统的内部扰动和外部扰动，为观测器带宽，为主要调节参数，得到观测器对扰动的估计后，设计控制律为：其中，为放大倍数，为虚拟控制量，考虑到最终被控制量为热处理电阻炉炉膛内温度，选择用传统的PD控制表示虚拟控制量：其中，为输出量的目标设定值，是输出变量，是输出变量的微分形式，为比例增益，为微分增益；至此，线性降阶自抗扰的控制率设计完成，在实际参数调节过程中只需要对其中四个变量进行调节；第三步：在对被控对象不熟悉的情况下，借助于飞升曲线法和PID研究的成熟理论，从PID控制参数快速调节出线性自抗扰（LADRC）的控制参数：飞升曲线就是在稳定控制信号作用下系统有一个稳定的输出,然后突然在输入端加一阶跃控制信号,输出对应也有一个变化部分，通过变化的部分利用最大斜率切线方法或者Cohn-Coon方法确定出被动对象热处理电阻炉数学模型中的未知参数，在知道对象数学模型的未知参数后，用ZN经验公式得到PID的控制参数，ZN经验公式为：其中，为积分增益；通过实验，在确定PID参数后，线性降阶自抗扰控制器初步选择，针对热处理电阻炉有以下原则：、应减小到PID控制参数的1/3-1/2倍；通常电阻炉时滞较大，带宽不能选择的太大，带宽取1；等于的倒数再除以10；第四步：在最大程度保存原有仪表PID控制系统的情况下，利用互锁原理保护原有仪表PID技术的旧控制系统和线性降阶自抗扰技术的新控制系统，确保两个系统在某一时刻只能单系统运行，新系统控制柜选用研华工控机、触摸屏、不间断电源、数据采集卡替代原有PID仪表控制。