專利名稱：隧道爐多點溫度的解耦控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)常用的隧道爐溫度的解耦控制方法。
背景技術(shù)：
隧道爐是一些工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)常用的加熱設(shè)備，它一般有幾十米長、一米多寬，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，被烘烤物4置于隧道式烘烤爐中央的傳送帶7上，被烤物4從爐的一端進(jìn)口5入爐，然后以一定的移動速度在爐內(nèi)移動，最后從爐的另一端出口6出爐。在爐的結(jié)構(gòu)、冷風(fēng)/熱風(fēng)與煙氣的流向安排等設(shè)計中，要考慮如何保證爐內(nèi)的溫度分布曲線。而爐溫自動控制只是分布地選擇隧道爐中多個有代表性的溫度點加以控制。只要控制這幾個有代表性的溫度點的溫度，使其穩(wěn)定在設(shè)定值，則整個窯爐的溫度控制便穩(wěn)定在最適宜的溫度分布曲線上。當(dāng)然，爐內(nèi)的壓力及爐內(nèi)的不同地段的煙氣的分布曲線也對被烤物的質(zhì)量有影響。
爐內(nèi)溫度分布曲線要求不變，各點溫度范圍一般在0～1000°之間，可分為預(yù)熱帶1、燒成帶2和冷卻帶3三個區(qū)域。爐子內(nèi)部分布擺放著的多個加熱裝置9(如電阻絲加熱板、燃?xì)馊紵龂娮臁⒄羝尫砰y等多種)，它們安裝在爐的兩側(cè)。加熱裝置是可控的。多支熱電偶8分布在長條爐子中央通道上，其輸出的各點溫度信號送到多路的調(diào)節(jié)器或計算機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理。當(dāng)實際溫度與給定溫度不同時，調(diào)節(jié)器或計算機(jī)的輸出信號送給執(zhí)行器控制相應(yīng)的加熱裝置，從而使整個烘烤爐的各點溫度達(dá)到要求的值，保證了烘烤質(zhì)量和節(jié)省能耗。
由于現(xiàn)在有多個并聯(lián)加熱裝置安裝在同一爐內(nèi)，相互間關(guān)聯(lián)影響嚴(yán)重，如果采用多個簡單的溫度定值控制(如PID及其變形控制、模糊控制等)，控制品質(zhì)必然很差，穩(wěn)態(tài)一經(jīng)打破，就不易恢復(fù)平衡，甚至系統(tǒng)會不穩(wěn)定，因此需要設(shè)計解耦控制系統(tǒng)，但一般解耦控制需要知道過程的模型，需要大量的參數(shù)，算法也較復(fù)雜，在生產(chǎn)實際中難以應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種既實用又簡單的隧道爐多點溫度的解耦控制方法。
為了解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明，提供一種隧道爐多點溫度的解耦控制方法，具體算法步驟為對控制算法的變量初始化；檢測各測控點的實際溫度，設(shè)第k點的實際溫度為Tk，k＝1～n，n為爐內(nèi)最大測控點數(shù)；從n個測控點中選擇一個關(guān)鍵點為主控溫度，并計算各測控點與關(guān)鍵點的溫度偏差ΔTk＝Tk-Tgk，Tgk為第k點設(shè)定溫度；輸入溫度T0經(jīng)PID算法等常用控制算法計算出溫度主控制器的輸出控制量P0；確定溫度偏差給定器的關(guān)聯(lián)矩陣；設(shè)各溫度偏差給定器的輸入溫度偏差量、輸出控制量的修正量分別為ΔTk、ΔPk，解耦控制算法具體描述如下隧道爐溫度的穩(wěn)態(tài)過程特性可描述為ΔTk＝gk(ΔP1，...，ΔPn)，k＝1，2，...，n，由于穩(wěn)態(tài)溫度的變化范圍較小，因此上式可線性化為ΔT＝C ΔP，其中ΔT＝[ΔT1，…ΔTn]T，ΔP＝[ΔP1…ΔPn]T，
C=c11Λc1nMOMcn1Λcnn,cij=∂gi/∂Pj,i,j=1,...,n]]>計算各路輸出控制量的修正量ΔP＝C-1ΔT，ΔTk為第k點溫度偏差，C為關(guān)聯(lián)矩陣；當(dāng)爐內(nèi)存在溫度偏差ΔTk時，通過溫度偏差給定器對各點的控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)修正；計算各路輸出控制量Pk＝P0+ΔPk；將輸出控制量送到各路的執(zhí)行器；控制算法的結(jié)束。
實際應(yīng)用中，為了使動作平穩(wěn)，可先按ΔP計算量的一半修正，再按ΔP計算量修正，同時注意對ΔPk進(jìn)行限幅處理，使每次變化小于全范圍的5％。
本發(fā)明的有益效果是由于確定了解耦控制中線性方程的溫度偏差給定器的關(guān)聯(lián)矩陣C，解耦控制過程中就不需要大量的參數(shù)，不需要知道過程的模型，算法也較簡單而且實用，在生產(chǎn)實際中較容易應(yīng)用，實踐證明這種簡單的解耦方法是有效的。
以下結(jié)合


對本發(fā)明的實施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

圖1為隧道爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的隧道爐溫度的解耦控制原理圖。
圖3為本發(fā)明的隧道爐多點溫度的解耦控制方法的算法流程。
具體實施例方式
隧道爐溫度的解耦控制原理參照圖2所示，在本發(fā)明的實施例中，采用一個溫度主控制器，另外引入若干個溫度偏差給定器，通過計算機(jī)進(jìn)行解耦計算；具體地說，來自各測控點的熱電偶的實際溫度信號T1、T2…Tn，通過計算機(jī)進(jìn)行解耦計算，將主控溫度T0和各測控點的溫度偏差ΔT1…ΔTn分別輸入溫度主控制器和若干個溫度偏差給定器，溫度主控制器輸出的控制量P0，經(jīng)各個溫度偏差給定器輸出的控制量修正量ΔP1…ΔPn的修正，再輸出各控制量P1…Pn分別到各控制閥去進(jìn)行控制。
隧道爐多點溫度的解耦控制方法的具體算法步驟參照圖3所示第10步為算法的開始，對控制算法的變量初始化；第20步為通過傳感器和變送器，檢測各測控點的實際溫度。設(shè)第k點的實際溫度為Tk，k＝1～n，n為爐內(nèi)最大測控點數(shù)；第30步為選擇溫度主控制器并計算各測控點的溫度偏差。溫度主控制器可從n個測控點中選擇一個關(guān)鍵點擔(dān)當(dāng)(如隧道爐中間某測控點或最高溫度點)，各測控點的溫度偏差為ΔTk＝Tk-Tgk，Tgk為第k點設(shè)定溫度；第40步為計算主控制器的輸出。主控制器的控制算法可選用最常用的PID算法或其它控制算法，它的輸入溫度、輸出控制量分別為T0、P0；第50步為確定溫度偏差給定器的關(guān)聯(lián)矩陣，此步是最為關(guān)鍵的一步；設(shè)各溫度偏差給定器的輸入溫度偏差量、輸出控制量的修正量分別為ΔTk、ΔPk，解耦控制算法具體描述如下隧道爐溫度的穩(wěn)態(tài)過程特性可描述為ΔTk＝gk(ΔP1，...，ΔPn)，k＝1，2，...，n由于穩(wěn)態(tài)溫度的變化范圍較小，因此上式可線性化為ΔT＝C ΔP其中ΔT＝[ΔT1，…ΔTn]T，ΔP＝[ΔP1，…ΔPn]T，C=c11Λc1nMOMcn1Λcnn,cij=∂gi/∂Pj,i,j=1,...,n]]>
例如某隧道爐的關(guān)聯(lián)矩陣C=0.570.14000.140.570.14000.140.570.14000.140.57]]>即每個加熱點不但影響自身，還影響相鄰點溫度，影響力約為對本身影響力的四分之一，C值的選取需根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，通過大量的測試而定；第60步為計算各路輸出控制量的修正量。當(dāng)爐內(nèi)存在溫度偏差ΔTk時，通過溫度偏差給定器對各點的控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)修正，溫度偏差給定器的輸出ΔPk可從ΔP＝C-1ΔT求出；第70步為計算各路輸出控制量，各路的控制量為Pk＝P0+ΔPk；第80步為將輸出控制量Pk送到各路的執(zhí)行器；第90步為控制算法的結(jié)束。
實踐證明這種簡單的解耦方法是有效的。實際應(yīng)用中，為了使動作平穩(wěn)，可先按ΔP計算量的一半修正，再按ΔP計算量修正，同時注意對ΔPk進(jìn)行限幅處理，使每次變化小于全范圍的5％。
本發(fā)明在發(fā)光顯示屏隧道爐中應(yīng)用的實施例靜態(tài)/動態(tài)熒光顯示屏可廣泛應(yīng)用于輕工、家電電器行業(yè)的DVD、VCD、功放器、空調(diào)器、洗衣機(jī)、微波爐、排油煙機(jī)、電子秤、加油機(jī)等眾多產(chǎn)品終端顯示上。熒光顯示屏生產(chǎn)工序為劃玻璃、洗玻璃、銀漿印刷、介質(zhì)、老石墨、新石墨、熒光粉、點焊片、預(yù)澆、點燈絲、蓋殼、封結(jié)、排氣、點吸氣圈、壓腳、點導(dǎo)電膠、涂黑膠、上架老化、切腳、檢驗、包裝入庫等。在產(chǎn)品形成過程中需進(jìn)行5次高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)爐的溫度對產(chǎn)品的質(zhì)量影響很大。燒結(jié)爐實際就是上述的隧道爐，它可采用本發(fā)明的解耦控制方法對各點的溫度進(jìn)行精確控制，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
本發(fā)明在面包、點心隧道式烘烤爐中應(yīng)用的實施例一般的面包、點心烘烤爐都是可用箱式烘烤爐，但這種爐用于批量生產(chǎn)的產(chǎn)量低、能耗大。改用隧道式烘烤爐可進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)的，且產(chǎn)量大、能耗較低。被烘烤物置于隧道式烘烤爐中央的傳送帶上，爐子內(nèi)部有均勻分布的4對嘴，安裝在爐的兩側(cè)。進(jìn)入噴嘴的燃?xì)饬髁亢愣ú蛔?，空氣流量是可調(diào)的。多支熱電偶均可分布在爐子中央，其輸出信號分別送到計算機(jī)中。當(dāng)溫度變化時，計算機(jī)的輸出分別控制相應(yīng)的遙控馬達(dá)，以改變空氣流量，從而使整個烘烤爐溫度恒定、均勻，保證了烘烤質(zhì)量和節(jié)省能耗。這種隧道式烘烤爐的溫度也可采用本發(fā)明的解耦控制方法，以提高各點的溫度控制精度。
本發(fā)明在陶瓷窯爐中應(yīng)用的實施例一般焙燒陶瓷隧道窯或輥道窯都是幾十米長、1米多寬的窯爐。被焙燒的陶瓷制品從窯的一端入窯，然后以一定的移動速度在窯內(nèi)移動。首先，經(jīng)過窯中預(yù)熱帶，在煙氣余熱的烘烤下溫度逐漸升高，然后進(jìn)到燒成帶。陶瓷窯爐的燃燒室就位于燒成帶的左右兩側(cè)或一側(cè)。燃燒室有燒煤的鏈條爐燃燒室與燒重油或可燃?xì)怏w的燃燒室。燃燒室與窯爐隧道之間可分為明焰與暗焰。燃料燃燒后生成的高溫?zé)煔庠跓蓭固沾芍破芳訜岬阶罡邷囟?，隨后高溫?zé)煔鈴臒蓭Я飨蝾A(yù)熱帶，將煙氣余熱交給陶瓷制品，最后從煙道排出。部分排出的煙氣在窯頭狹縫處打入窯內(nèi)作為氣幕去隔斷冷空氣。陶瓷制品經(jīng)燒成帶培燒成產(chǎn)品后進(jìn)入窯的冷卻帶。在冷卻帶尾端有冷卻風(fēng)機(jī)將冷風(fēng)流入窯內(nèi)，與陶瓷產(chǎn)品對流運動，將陶瓷產(chǎn)品冷卻，自身變成熱風(fēng)。熱風(fēng)用作攪拌氣流與被抽出到干燥室干燥陶瓷制品之用。冷卻后的陶瓷產(chǎn)品從窯的另一端出窯。
窯爐的窯內(nèi)的窯溫分布曲線對陶瓷產(chǎn)品的質(zhì)量有很大的影響，可采用本發(fā)明的解耦控制方法，提高窯爐內(nèi)各點的溫度控制精度。
權(quán)利要求
1.一種隧道爐多點溫度的解耦控制方法，具體算法步驟為對控制算法的變量初始化；檢測各測控點的實際溫度，設(shè)第k點的實際溫度為Tk，k＝1～n，n為爐內(nèi)最大測控點數(shù)；從n個測控點中選擇一個關(guān)鍵點為主控溫度，并計算各測控點與關(guān)鍵點的溫度偏差ΔTk＝Tk-Tgk，Tgk為第k點設(shè)定溫度；輸入溫度T0經(jīng)常用控制算法計算出溫度主控制器的輸出控制量P0；確定溫度偏差給定器的關(guān)聯(lián)矩陣設(shè)各溫度偏差給定器的輸入溫度偏差量、輸出控制量的修正量分別為ΔTk、ΔPk，隧道爐溫度的穩(wěn)態(tài)過程特性可線性化為ΔT＝CΔP，其中ΔT＝[ΔT1，…ΔTn]T，ΔP＝[ΔP1，…ΔPn]T，C=c11Λc1nMOMcn1Λcnn,cij=∂gi/∂Pj,i,j=1,...,n]]>計算各路輸出控制量的修正量ΔP＝C-1ΔT，ΔTk為第k點溫度偏差，C為關(guān)聯(lián)矩陣；計算各路輸出控制量Pk＝P0+ΔPk；將輸出控制量送到各路的執(zhí)行器；控制算法的結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道爐多點溫度的解耦控制方法，其特征是，所述的計算各路輸出控制量的步驟中，先按ΔP計算量的一半修正，再按ΔP計算量修正，同時對ΔPk進(jìn)行限幅處理，使每次變化小于全范圍的5％。
全文摘要
一種隧道爐多點溫度的解耦控制方法，涉及隧道爐溫度的解耦控制方法的技術(shù)領(lǐng)域；其算法步驟為變量初始化；檢測各測控點的實際溫度；選擇主控溫度，并計算各測控點與關(guān)鍵點的溫度偏差ΔT
文檔編號G05D23/30GK1609741SQ20041008439
公開日2005年4月27日 申請日期2004年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月22日
發(fā)明者程啟明 申請人:上海電力學(xué)院