無溫度傳感器的感應加熱溫度控制研究.pdf

1、在工業(yè)感應加熱過程中，普通的熱電偶（阻）帶有金屬保護套管，在靠近感應加熱場時，套管會被感應加熱，嚴重影響測溫精度。所以在電磁場中獲得比較高的測溫精度，只能將熱電偶裸絲點焊在工件上。而點焊熱電偶絲費時費力，不能應用于工業(yè)的批量生產(chǎn)。輻射測溫儀可實現(xiàn)非接觸測溫，但由于金屬在高溫下表面會生成氧化皮，引起發(fā)射率的變化，造成輻射測溫儀的測量會有較大的誤差。
　　 本文提出不使用溫度傳感器，采用具有外部輸入的非線性自回歸網(wǎng)絡(NARX)建立

2、感應加熱溫度預測模型，并將預測模型應用于PID溫度控制實驗，實現(xiàn)了無溫度傳感器的感應加熱溫度控制。
　　 感應加熱主回路由晶閘管中頻電源、電熱電容器、中頻淬火變壓器、感應器和20*鋼管組成，控制器采用了研華工控機IPC510和PCL812PG多功能模擬量數(shù)字量輸入輸出卡。分析了感應加熱溫度的影響因素并確定了神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入輸出參數(shù)。采用Matlab2010b神經(jīng)網(wǎng)絡工具箱的時間序列訓練和仿真NARX神經(jīng)網(wǎng)絡。網(wǎng)絡訓練采用了串并聯(lián)模

3、式，輸入是前幾個時刻的直流電流和溫度，輸出是下一個時刻的溫度。網(wǎng)絡仿真采用了并聯(lián)模式，輸入是前幾個時刻的直流電流和前幾個時刻網(wǎng)絡輸出的溫度，輸出是下一個時刻的溫度。用階梯信號和正弦信號的樣本分別訓練神經(jīng)網(wǎng)絡，并用正弦、階梯、恒值、PID控制信號樣本測試仿真網(wǎng)絡。發(fā)現(xiàn)正弦信號訓練的網(wǎng)絡比階梯信號訓練的網(wǎng)絡泛化能力好，因此把正弦信號訓練的網(wǎng)絡用于PID控制。
　　 采用Matlab的Real-TimeWorkshop(RTW)建立了

4、實時半實物仿真控制系統(tǒng)，設定溫度從32℃升溫到1000℃，并在1000℃保溫。由工控機采集直流電流輸入神經(jīng)網(wǎng)絡溫度模型，將其預測的溫度與設定溫度比較，誤差輸入PID控制器，計算電源的輸出功率給定，然后輸出控制信號給中頻電源，調(diào)節(jié)直流電流從而控制鋼管溫度。
　　 實驗的結(jié)果:在升溫的初始階段預測溫度與實際溫度的偏差較大，最大偏差168℃;在中間階段偏差較小，最大偏差38℃;在保溫階段（大約100s）偏差由大到小、然后由小變大，最大

5、偏差±25℃，從實際溫度的變化趨勢來看，超過180s后實際溫度有可能進一步升高。造成誤差的原因一是訓練模型的初始狀態(tài)與實際控制的初始狀態(tài)不同，造成了升溫階段前半部分的誤差較大。二是可能訓練數(shù)據(jù)較少，在控制時間超過訓練樣本的時間后誤差逐漸增大.三是神經(jīng)網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)參數(shù)需要進一步優(yōu)化。
　　 通過本課題的研究，表明基于NARX神經(jīng)網(wǎng)絡預測模型的PID控制方法可以控制感應加熱的工件溫度，在保溫階段的精度可達到±2.5％。通過對訓練樣本的