移動(dòng)線材感應(yīng)加熱電源模型及控制算法研究.pdf

1、本文主要針對移動(dòng)線材感應(yīng)加熱控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)及應(yīng)用展開研究，完成了精確數(shù)學(xué)建模、感應(yīng)加熱器不同負(fù)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(yīng)加熱器與被加熱鋼絞線間的電磁場、溫度場的計(jì)算和分布模型、全新的全數(shù)字化中頻感應(yīng)加熱電源硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。
　　首先在對感應(yīng)加熱機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，研究了感應(yīng)加熱電源系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，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(shí)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(yīng)用狀態(tài)空間平均法引出了一種線性時(shí)不變的、與負(fù)載擾動(dòng)不相關(guān)的單相逆變器控制模型。
　　其次分析了兩種常見的負(fù)載諧振電路（包括并聯(lián)諧振電路和串聯(lián)諧振電路）的負(fù)載匹配方法，提出一種新的靜電耦合匹配方法計(jì)算不同的移動(dòng)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(fù)載感應(yīng)器數(shù)學(xué)模型，分析推導(dǎo)了負(fù)載感應(yīng)器等效電阻和等效電感

3、計(jì)算公式；并且通過實(shí)驗(yàn)方法對空載狀態(tài)和負(fù)載狀態(tài)的相關(guān)參數(shù)分別進(jìn)行測量與計(jì)算。
　　接著針對中頻感應(yīng)加熱電源最重要的負(fù)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(dòng)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(qiáng)了抗干擾能力。利用有限元方法，基于ANSYS對鋼絞線的感應(yīng)加熱模型的電磁場和溫度場進(jìn)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(shí)的感應(yīng)加熱仿真結(jié)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(shè)計(jì)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(jì)數(shù)器結(jié)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(shí)設(shè)計(jì)電源故障處理程序，在電源故障時(shí)及時(shí)采取保護(hù)措施并將故障通過 LED指示燈顯示。整個(gè)系統(tǒng)具有可靠性高、脈沖對