無溫度傳感器的感應(yīng)加熱溫度控制研究.pdf

1、在工業(yè)感應(yīng)加熱過程中，普通的熱電偶（阻）帶有金屬保護(hù)套管，在靠近感應(yīng)加熱場(chǎng)時(shí)，套管會(huì)被感應(yīng)加熱，嚴(yán)重影響測(cè)溫精度。所以在電磁場(chǎng)中獲得比較高的測(cè)溫精度，只能將熱電偶裸絲點(diǎn)焊在工件上。而點(diǎn)焊熱電偶絲費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不能應(yīng)用于工業(yè)的批量生產(chǎn)。輻射測(cè)溫儀可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)溫，但由于金屬在高溫下表面會(huì)生成氧化皮，引起發(fā)射率的變化，造成輻射測(cè)溫儀的測(cè)量會(huì)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(luò)(NARX)建立

2、感應(yīng)加熱溫度預(yù)測(cè)模型，并將預(yù)測(cè)模型應(yīng)用于PID溫度控制實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了無溫度傳感器的感應(yīng)加熱溫度控制。
　　 感應(yīng)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(yīng)器和20*鋼管組成，控制器采用了研華工控機(jī)IPC510和PCL812PG多功能模擬量數(shù)字量輸入輸出卡。分析了感應(yīng)加熱溫度的影響因素并確定了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出參數(shù)。采用Matlab2010b神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱的時(shí)間序列訓(xùn)練和仿真NARX神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練采用了串并聯(lián)模

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

4、實(shí)時(shí)半實(shí)物仿真控制系統(tǒng)，設(shè)定溫度從32℃升溫到1000℃，并在1000℃保溫。由工控機(jī)采集直流電流輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)溫度模型，將其預(yù)測(cè)的溫度與設(shè)定溫度比較，誤差輸入PID控制器，計(jì)算電源的輸出功率給定，然后輸出控制信號(hào)給中頻電源，調(diào)節(jié)直流電流從而控制鋼管溫度。
　　 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果:在升溫的初始階段預(yù)測(cè)溫度與實(shí)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(shí)際溫度的變化趨勢(shì)來看，超過180s后實(shí)際溫度有可能進(jìn)一步升高。造成誤差的原因一是訓(xùn)練模型的初始狀態(tài)與實(shí)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(xùn)練數(shù)據(jù)較少，在控制時(shí)間超過訓(xùn)練樣本的時(shí)間后誤差逐漸增大.三是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)參數(shù)需要進(jìn)一步優(yōu)化。
　　 通過本課題的研究，表明基于NARX神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型的PID控制方法可以控制感應(yīng)加熱的工件溫度，在保溫階段的精度可達(dá)到±2.5％。通過對(duì)訓(xùn)練樣本的