DOC《漳州师范学院》

漳州师范学院 毕业论文(设计) 真空烧结炉温度模糊控制系统仿真 Vacuum sintering furnace temperature fuzzy control system simulation 姓名:杨杰学号:080505245 系别:物理与电子信息工程系 专业:电气工程及其自动化 年级:08级 指导教师:闫玉莲 2011年12 月25日 摘要 粉末冶金烧结是一个非常复杂的过程.

其中,烧结炉温度的控制对材料烧结的成功与否起着非常重要的作用.本文以真空烧结炉为研究对象,针对烧结过程中的炉温具有大惯性、时滞、随机性和动态时变等特性,对烧结炉的温度控制系统进行分析,对其在传统控制方式上的不足给予了分析和说明,并提出来用智控制器取代传统的单纯仪表+继电器型或者PID控制方案.结合当前智能控制理论发展的现状及其在工业控制中的应用效果,分析了模糊控制的优劣势.最后,用MATLAB软件对传统的PID控制、常规模糊控制及Fzzy―PID控制构造系统模型,进行仿真研究.并将它们的控制性能进行了比较和分析.结果表明,采用Fzzy―PID控制器达到了一个相对较高的控制精度,系统的响应速度快,稳态超调量几乎为零.因此基于三段规则的参数自调整的模糊控制器在真空烧结炉温度控制中的应用是可行的,它可以极大的改善控制效果,在实践中有着比较理想的应用前景. 关键词:真空烧结炉;

温度;

模糊控制;

智能控制 Abstract Powder metallurgy is a very complicated process.Among them, sintering furnace temperature control on sintering with successful plays a very important role. The vacuum sintering furnace as the object of study, the sintering temperature has great inertia, time delay, stochastic and dynamic variation with time, the sintering furnace temperature control system is analysised, the traditional control mode on insufficient to give the analysis and description, and proposed to use intelligent controller to replace the traditional pure instrument + relay or PID control. Combining with the current development situation of the intelligent control theory and its application in industrial control effect, analysis the advantages and disadvantages of fuzzy control Using fuzzy control and reasoning using fuzzy control theory, the construction of controller.Finally, using the MATLAB software to the traditional PID control, fuzzy control and fuzzy control system model, simulation study. And their control performance comparison and analysis. The results show that, by using the parameter self adjusting fuzzy controller to achieve a relatively high control precision, the system response speed, the steady state overshoot is almost zero. Therefore, based on the three rules of parameter self-adjusting fuzzy controller in vacuum sintering furnace temperature control application is feasible, it can greatly improve the control effect in the practice, has a good application prospect. Key words: vacuum sintering furnace;

temperature;

fuzzy control;

intelligent control 目录中英文摘要 I 1. 绪论

1 1.1 真空烧结工艺边程

1 1.2烧结温度控制研究的现状

2 1.3研究背景及意义

3 1.4论文主要研究内容

3 2.传统烧结炉温度控制方法

5 2.1烧结温度控制过程分析

5 2.1.1 PID控制

9 2.2 PID控制原理

10 2.2.1 PID控制算法

10 2.2.2 数字PID控制算法

11 3.真空烧结炉温度智能控制系统

14 3.1智能控制算法

14 3.2模糊控制技术

15 3.2.1基本模糊控制器的结构

15 3.2.2工业电炉Fuzzy―PID控制器的结构和原理

16 3.2.3工业电炉Fuzzy―PID控制器的设计

16 3.2.4 基本模糊控制器的设计

17 4.系统仿真与结果分析

22 4.1仿真工具介绍

22 4.2控制系统的 MATLAB 仿真实现及结果对比分析

23 5. 控制系统的实际运行

28 5.1烧结炉的特点

28 5.2控制系统的实际运行

29 6.总结

31 参考文献

32 致谢

33 1. 绪论 在我们人类的生产和生活中都离不开金属.特别在现代科学技术迅速发展的今天,使用了品种越来越多的布色金属及其材料,如核电站中使用铀、错:航天工业要用铁、坦、锯、鸽、锢:集成电路需要单晶硅:超导技术要用铭、银、饥等等.可见, 有色金属在现代科学技术中处于举足轻重的地位.而这些金属是通过冶金技术获得的.近二十年来,用金属及其化合物的超纯超细粉末材料,按需要混合经成形和烧结,制造成各种类型的金属制品和材料,如精细陶瓷、金属陶瓷、 机器零件、电子元件、磁性材料等,又形成了冶金技术上一个新的方面,称为精末冶金技术.在机械制造中,切削加工所使用的硬质合金刀具,其寿命比一般的工具钢刀高几十倍:在日常生活中,如照明电灯泡中的鸽丝等,这些具有特殊性能的材料只有用粉末冶金方法才能制造出来.粉末冶金既是一种制取特殊金属材料的技术,又是一种制造优质廉价机械零件的少切削、无切削加工工艺,可以制造各种精密的机械零件. 如机械制造工业中的一大类通用性基础零件,一般包括结构零件,减摩零件和摩擦零件等.据统计,汽车工业使用的各类粉末冶金零件已占粉末冶金总产量的70%-80%. 每辆轿车及轻型车平均使用5-8kg,每辆载货汽车平均使用 8-15 kg.由于零部件的高强度化、高精度化及低成本化,粉末冶金结构零件在每辆汽车上的使用量会越来越多,如发动机的双顶置凸轮轴,气门座,皮带轮,链轮等. 烧结是粉末冶金生产过程中的一道关键工序,对最终产品的性能起着决定性作用.目前所采用的真空烧结技术具有对环境污染少,流程短,金属回收率高,占地少,节能,效益高等优点,能完成一些常压冶金解决不了的问题.烧结过程中真空炉温度的控制直接影响到成品的质量[1]. 1.1 真空烧结工艺边程 烧结是在低于粉末体或压坯中主要组分熔点的温度下进行加热,使它们之中毗连的颗粒相互间形成冶金结合.因此,除了在高温下不怕氧化的金属外,所有金属的烧结都是在真空或保护气氛炉中进行的.其基本过程是将压坯装舟或放在传送带上,送入烧结炉中,按一定时间加热到烧结温度,并在烧结温度下保温若干时间,然后将制品冷却后出炉.在工业生产中,上述过程是在连续式烧结炉中完成的.烧结温度和保温时间要按制品的化学成分合理的确定.同时,升温和降温的速度也要由制品尺寸和性能要求而定.通常为了提高生产率,希望升温和降温速度快一些.但在实际生产中,........