隧道炉多点温度的解耦控制方法.pdf

一种隧道炉多点温度的解耦控制方法，涉及隧道炉温度的解耦控制方法的技术领域；其算法步骤为：变量初始化；检测各测控点的实际温度；选择主控温度，并计算各测控点与关键点的温度偏差ΔTk=Tk－Tgk，Tgk为第k点设定温度；输入温度T0经PID算法等常用控制算法计算出温度主控制器的输出控制量P0；确定温度偏差给定器的关联矩阵C：设各温度偏差给定器的输入温度偏差量、输出控制量的修正量分别为ΔTk、ΔPk，温度的稳态过程特性可线性化为：ΔT＝CΔP，其中：ΔT＝[ΔT1，…ΔTn] T，ΔP＝[ΔP1，…ΔPn] T；计算各路输出控制量的修正量ΔP＝C－1ΔT，ΔTk为第k点温度偏差；计算各路输出控制量Pk＝P0+ΔPk；将输出控制量送到各路的执行器。

1、  一种隧道炉多点温度的解耦控制方法，具体算法步骤为：
对控制算法的变量初始化；
检测各测控点的实际温度，设第k点的实际温度为T_k，k＝1～n，n为炉内最大测控点数；
从n个测控点中选择一个关键点为主控温度，并计算各测控点与关键点的温度偏差ΔT_k＝T_k-T_gk，T_gk为第k点设定温度；
输入温度T₀经常用控制算法计算出温度主控制器的输出控制量P₀；
确定温度偏差给定器的关联矩阵：设各温度偏差给定器的输入温度偏差量、输出控制量的修正量分别为ΔT_k、ΔP_k，隧道炉温度的稳态过程特性可线性化为：ΔT＝CΔP，其中：ΔT＝[ΔT₁，…ΔT_n]^T，ΔP＝[ΔP₁，…ΔP_n]^T，
C = c 11 Λ c 1 n M O M c n 1 Λ c nn , c ij = ∂ g i / ∂ P j , i , j = 1 , . . . , n ]]>
计算各路输出控制量的修正量ΔP＝C^-1ΔT，ΔT_k为第k点温度偏差，C为关联矩阵；
计算各路输出控制量P_k＝P₀+ΔP_k；
将输出控制量送到各路的执行器；
控制算法的结束。

2、  根据权利要求1所述的隧道炉多点温度的解耦控制方法，其特征是，所述的计算各路输出控制量的步骤中，先按ΔP计算量的一半修正，再按ΔP计算量修正，同时对ΔP_k进行限幅处理，使每次变化小于全范围的5％。

隧道炉多点温度的解耦控制方法
技术领域
本发明涉及一种工业生产企业常用的隧道炉温度的解耦控制方法。
背景技术
隧道炉是一些工业生产企业常用的加热设备，它一般有几十米长、一米多宽，其结构如图1所示，被烘烤物4置于隧道式烘烤炉中央的传送带7上，被烤物4从炉的一端进口5入炉，然后以一定的移动速度在炉内移动，最后从炉的另一端出口6出炉。在炉的结构、冷风/热风与烟气的流向安排等设计中，要考虑如何保证炉内的温度分布曲线。而炉温自动控制只是分布地选择隧道炉中多个有代表性的温度点加以控制。只要控制这几个有代表性的温度点的温度，使其稳定在设定值，则整个窑炉的温度控制便稳定在最适宜的温度分布曲线上。当然，炉内的压力及炉内的不同地段的烟气的分布曲线也对被烤物的质量有影响。
炉内温度分布曲线要求不变，各点温度范围一般在0～1000°之间，可分为预热带1、烧成带2和冷却带3三个区域。炉子内部分布摆放着的多个加热装置9(如电阻丝加热板、燃气燃烧喷嘴、蒸汽释放阀等多种)，它们安装在炉的两侧。加热装置是可控的。多支热电偶8分布在长条炉子中央通道上，其输出的各点温度信号送到多路的调节器或计算机内进行处理。当实际温度与给定温度不同时，调节器或计算机的输出信号送给执行器控制相应的加热装置，从而使整个烘烤炉的各点温度达到要求的值，保证了烘烤质量和节省能耗。
由于现在有多个并联加热装置安装在同一炉内，相互间关联影响严重，如果采用多个简单的温度定值控制(如PID及其变形控制、模糊控制等)，控制品质必然很差，稳态一经打破，就不易恢复平衡，甚至系统会不稳定，因此需要设计解耦控制系统，但一般解耦控制需要知道过程的模型，需要大量的参数，算法也较复杂，在生产实际中难以应用。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种既实用又简单的隧道炉多点温度的解耦控制方法。
为了解决上述技术问题，根据本发明，提供一种隧道炉多点温度的解耦控制方法，具体算法步骤为：
对控制算法的变量初始化；
检测各测控点的实际温度，设第k点的实际温度为T_k，k＝1～n，n为炉内最大测控点数；
从n个测控点中选择一个关键点为主控温度，并计算各测控点与关键点的温度偏差ΔT_k＝T_k-T_gk，T_gk为第k点设定温度；
输入温度T₀经PID算法等常用控制算法计算出温度主控制器的输出控制量P₀；
确定温度偏差给定器的关联矩阵；设各温度偏差给定器的输入温度偏差量、输出控制量的修正量分别为ΔT_k、ΔP_k，解耦控制算法具体描述如下：隧道炉温度的稳态过程特性可描述为：ΔT_k＝g_k(ΔP₁，...，ΔP_n)，k＝1，2，...，n，由于稳态温度的变化范围较小，因此上式可线性化为：ΔT＝C ΔP，其中：
ΔT＝[ΔT₁，…ΔT_n]^T，ΔP＝[ΔP₁…ΔP_n]^T，
C = c 11 Λ c 1 n M O M c n 1 Λ c nn , c ij = ∂ g i / ∂ P j , i , j = 1 , . . . , n ]]>
计算各路输出控制量的修正量ΔP＝C^-1ΔT，ΔT_k为第k点温度偏差，C为关联矩阵；当炉内存在温度偏差ΔT_k时，通过温度偏差给定器对各点的控制器进行调节修正；
计算各路输出控制量P_k＝P₀+ΔP_k；
将输出控制量送到各路的执行器；
控制算法的结束。
实际应用中，为了使动作平稳，可先按ΔP计算量的一半修正，再按ΔP计算量修正，同时注意对ΔP_k进行限幅处理，使每次变化小于全范围的5％。
本发明的有益效果是：由于确定了解耦控制中线性方程的温度偏差给定器的关联矩阵C，解耦控制过程中就不需要大量的参数，不需要知道过程的模型，算法也较简单而且实用，在生产实际中较容易应用，实践证明这种简单的解耦方法是有效的。
以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述。
图1为隧道炉的结构示意图。
图2为本发明的隧道炉温度的解耦控制原理图。
图3为本发明的隧道炉多点温度的解耦控制方法的算法流程。
隧道炉温度的解耦控制原理参照图2所示，在本发明的实施例中，采用一个温度主控制器，另外引入若干个温度偏差给定器，通过计算机进行解耦计算；具体地说，来自各测控点的热电偶的实际温度信号T₁、T₂…T_n，通过计算机进行解耦计算，将主控温度T₀和各测控点地温度偏差ΔT₁…ΔT_n分别输入温度主控制器和若干个温度偏差给定器，温度主控制器输出的控制量P₀，经各个温度偏差给定器输出的控制量修正量ΔP₁…ΔP_n的修正，再输出各控制量P₁…P_n分别到各控制阀去进行控制。
隧道炉多点温度的解耦控制方法的具体算法步骤参照图3所示：
第10步为算法的开始，对控制算法的变量初始化；
第20步为通过传感器和变送器，检测各测控点的实际温度。设第k点的实际温度为T_k，k＝1～n，n为炉内最大测控点数；
第30步为选择温度主控制器并计算各测控点的温度偏差。温度主控制器可从n个测控点中选择一个关键点担当(如隧道炉中间某测控点或最高温度点)，各测控点的温度偏差为ΔT_k＝T_k-T_gk，T_gk为第k点设定温度；
第40步为计算主控制器的输出。主控制器的控制算法可选用最常用的PID算法或其它控制算法，它的输入温度、输出控制量分别为T₀、P₀；
第50步为确定温度偏差给定器的关联矩阵，此步是最为关键的一步；设各温度偏差给定器的输入温度偏差量、输出控制量的修正量分别为ΔT_k、ΔP_k，解耦控制算法具体描述如下：
隧道炉温度的稳态过程特性可描述为：ΔT_k＝g_k(ΔP₁，...，ΔP_n)，k＝1，2，...，n
由于稳态温度的变化范围较小，因此上式可线性化为：ΔT＝C ΔP
其中：ΔT＝[ΔT₁，…ΔT_n]^T，ΔP＝[ΔP₁，…ΔP_n]^T，
C = c 11 Λ c 1 n M O M c n 1 Λ c nn , c ij = ∂ g i / ∂ P j , i , j = 1 , . . . , n ]]>
例如某隧道炉的关联矩阵 C = 0.57 0.14 0 0 0.14 0.57 0.14 0 0 0.14 0.57 0.14 0 0 0.14 0.57 ]]>即每个加热点不但影响自身，还影响相邻点温度，影响力约为对本身影响力的四分之一，C值的选取需根据现场的实际情况，通过大量的测试而定；
第60步为计算各路输出控制量的修正量。当炉内存在温度偏差ΔT_k时，通过温度偏差给定器对各点的控制器进行调节修正，温度偏差给定器的输出ΔP_k可从ΔP＝C^-1ΔT求出；
第70步为计算各路输出控制量，各路的控制量为P_k＝P₀+ΔP_k；
第80步为将输出控制量P_k送到各路的执行器；
第90步为控制算法的结束。
实践证明这种简单的解耦方法是有效的。实际应用中，为了使动作平稳，可先按ΔP计算量的一半修正，再按ΔP计算量修正，同时注意对ΔP_k进行限幅处理，使每次变化小于全范围的5％。
本发明在发光显示屏隧道炉中应用的实施例：静态/动态荧光显示屏可广泛应用于轻工、家电电器行业的DVD、VCD、功放器、空调器、洗衣机、微波炉、排油烟机、电子秤、加油机等众多产品终端显示上。荧光显示屏生产工序为：划玻璃、洗玻璃、银浆印刷、介质、老石墨、新石墨、荧光粉、点焊片、预浇、点灯丝、盖壳、封结、排气、点吸气圈、压脚、点导电胶、涂黑胶、上架老化、切脚、检验、包装入库等。在产品形成过程中需进行5次高温烧结，烧结炉的温度对产品的质量影响很大。烧结炉实际就是上述的隧道炉，它可采用本发明的解耦控制方法对各点的温度进行精确控制，从而提高产品的质量。
本发明在面包、点心隧道式烘烤炉中应用的实施例：一般的面包、点心烘烤炉都是可用箱式烘烤炉，但这种炉用于批量生产的产量低、能耗大。改用隧道式烘烤炉可进行连续生产的，且产量大、能耗较低。被烘烤物置于隧道式烘烤炉中央的传送带上，炉子内部有均匀分布的4对嘴，安装在炉的两侧。进入喷嘴的燃气流量恒定不变，空气流量是可调的。多支热电偶均可分布在炉子中央，其输出信号分别送到计算机中。当温度变化时，计算机的输出分别控制相应的遥控马达，以改变空气流量，从而使整个烘烤炉温度恒定、均匀，保证了烘烤质量和节省能耗。这种隧道式烘烤炉的温度也可采用本发明的解耦控制方法，以提高各点的温度控制精度。
本发明在陶瓷窑炉中应用的实施例：一般焙烧陶瓷隧道窑或辊道窑都是几十米长、1米多宽的窑炉。被焙烧的陶瓷制品从窑的一端入窑，然后以一定的移动速度在窑内移动。首先，经过窑中预热带，在烟气余热的烘烤下温度逐渐升高，然后进到烧成带。陶瓷窑炉的燃烧室就位于烧成带的左右两侧或一侧。燃烧室有烧煤的链条炉燃烧室与烧重油或可燃气体的燃烧室。燃烧室与窑炉隧道之间可分为明焰与暗焰。燃料燃烧后生成的高温烟气在烧成带使陶瓷制品加热到最高温度，随后高温烟气从烧成带流向预热带，将烟气余热交给陶瓷制品，最后从烟道排出。部分排出的烟气在窑头狭缝处打入窑内作为气幕去隔断冷空气。陶瓷制品经烧成带培烧成产品后进入窑的冷却带。在冷却带尾端有冷却风机将冷风流入窑内，与陶瓷产品对流运动，将陶瓷产品冷却，自身变成热风。热风用作搅拌气流与被抽出到干燥室干燥陶瓷制品之用。冷却后的陶瓷产品从窑的另一端出窑。
窑炉的窑内的窑温分布曲线对陶瓷产品的质量有很大的影响，可采用本发明的解耦控制方法，提高窑炉内各点的温度控制精度。