移動線材感應加熱電源模型及控制算法研究.pdf

1、本文主要針對移動線材感應加熱控制系統(tǒng)分析、設計及應用展開研究，完成了精確數(shù)學建模、感應加熱器不同負載的優(yōu)化匹配、尋找優(yōu)化的多變量控制系統(tǒng)控制策略、模擬穩(wěn)定化處理過程中感應加熱器與被加熱鋼絞線間的電磁場、溫度場的計算和分布模型、全新的全數(shù)字化中頻感應加熱電源硬件系統(tǒng)的設計進行了詳細的研究。
　　首先在對感應加熱機理進行詳細分析的基礎上，研究了感應加熱電源系統(tǒng)的基本結構，完成了整流器、電抗器、逆變器的精確建模，建立了電壓源-變壓器-可

2、控整流器的平均模型，反映整流器的開放角由大到小變化時的延遲函數(shù)以及換流過程和電壓源電壓對整流器輸出電壓的影響。通過應用狀態(tài)空間平均法引出了一種線性時不變的、與負載擾動不相關的單相逆變器控制模型。
　　其次分析了兩種常見的負載諧振電路（包括并聯(lián)諧振電路和串聯(lián)諧振電路）的負載匹配方法，提出一種新的靜電耦合匹配方法計算不同的移動線材加熱功率；采用解析法得出被加熱物體為空心圓柱體的負載感應器數(shù)學模型，分析推導了負載感應器等效電阻和等效電感

3、計算公式；并且通過實驗方法對空載狀態(tài)和負載狀態(tài)的相關參數(shù)分別進行測量與計算。
　　接著針對中頻感應加熱電源最重要的負載溫度控制環(huán)節(jié)，采用基于三次B樣條的模糊控制擬合算法控制方案，與傳統(tǒng)的模糊控制算法比較，不僅具有良好的動態(tài)特性，而且能有效消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，提高了控制精度，增強了抗干擾能力。利用有限元方法，基于ANSYS對鋼絞線的感應加熱模型的電磁場和溫度場進行了磁-熱耦合分析，得出電流密度為8×106A/m2，加熱頻率分別為250

4、0Hz、3400Hz、5000Hz時的感應加熱仿真結果，并且分析了電源頻率對加熱速度和心表溫差的影響，為最優(yōu)電源頻率的選擇提供依據(jù)。
　　最后設計新的全數(shù)字化穩(wěn)定化處理系統(tǒng)，以PC104 DX-586為控制核心、數(shù)據(jù)采集單元選用12位A/D模擬量采集卡；以16位計數(shù)器結合CPLD形成靈活的全數(shù)字整流和逆變脈沖觸發(fā)單元；同時設計電源故障處理程序，在電源故障時及時采取保護措施并將故障通過 LED指示燈顯示。整個系統(tǒng)具有可靠性高、脈沖對