基于stm32f103的电阻炉温度控制系统设计文献综述

 2021-11-08 10:11

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温度是生产过程和科学实验中非常普遍而又十分重要的物理参数。在工业生产过程中,为了高效地进行生产,必须对生产工艺过程中的主要参数,如温度、压力、流量、速度等进行有效的控制,其中温度控制在生产过程中占有相当大的比例。准确地测量和有效地控制温度是优质、高产、低耗和安全生产的重要条件。

自从发现电流的热效应以后,电热法首先用于家用电器,后来又用于实验室小电炉。随着镍铬合金的发明,到20世纪20年代,电阻炉已在工业上得到广泛应用。工业上用的电阻炉一般由电热元件、砌体、金属壳体、炉门、炉用机械和电气控制系统等组成。加热功率从不足一千瓦到数千千瓦。工作温度在 650℃以下的为低温炉;650~1000℃为中温炉;1000℃以上为高温炉。

电阻炉与火焰炉相比,具有结构简单、炉温均匀、便于控制、加热质量好、无烟尘、无噪声等优点,但使用费较高。即便如此,电阻炉也无可挑剔的成为热处理生产中应用最广泛的加热设备,它在机械、冶金等行业的生产中占有十分重要的地位。

电阻炉起初都是在自然气氛中加热的,被加热的工件表面氧化、脱碳,金属烧损严重,热处理质量不高, 于是人们就开始寻求在加热过程中能使工件少、无氧化或能使工件表面化学成份发生某种有益变化的路子。最初广泛应用的少、无氧化热处理和化学热处理设备是盐浴炉,它的结构简单、操作容易,热处理质量也不错,但浴液会对环境造成严重的污染,于是用气体保护和控制的热处理电阻炉便应运而生了。可控气氛热处理炉由于消除了浴盐的污染,热处理质量达到和高于盐浴炉,易于实现自动控制和大批量生产,所以发展极为迅速。电阻炉的另一重大发展是真空电阻炉的出现,对保护热处理来说,处理质量最高、最为理想的莫过于真空炉了。在可控气氛炉中,在高温下炉气成份和炉料绝对不超反应是不可能的,因此只能使零件表面的化学成分所谓不氧化、不脱碳、不增碳维持在一个允许的范围内。而在真空状态下实现这一要求最容易。随着对热处理零件质量的提高, 可控气氛热处理和真空热处理的比重在逐年提高。在高度工业化国家里,可控气氛炉和真空热处理炉成为热处理行业常规的、必需的工艺装备。

电阻炉的发展不仅体现在对炉内反应条件的优化,也体现在对电阻炉温度的更加精确地控制上。

电阻炉是利用电流使炉内的电热元件或者电热介质发热从而达到对物料或者工件加热的一种电炉,其温度是一个非线性、纯滞后和大惯性的被控量,所以导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。随着工业的发展,各行各业对于温度控制的要求越来越高,传统的模拟开关控制已经达不到要求。对电阻炉温度控制的好坏直接影响工艺要求的温度水平和加热质量,以致直接影响产品的质量、产量和生产消耗指标,所以国内外关于电阻炉自动控制的研究一直备受重视,发展比较快,也取得了较为丰硕的成果。

总的来说,电阻炉温度控制技术的发展可分为以下几个阶段:

(1)经典控制技术阶段。第一阶段时间为20世纪40一60年代,称之为经典控制时期。在60年代以前,一些设备齐全的大型工业电阻炉除了配置一些监测仪表外,还设置PID调节器,以经典控制理论为依据,实现单个参量的自动调节。

(2)现代控制技术阶段。第二阶段时间为20世纪60-70年代,称之现代控制技术时期。国际上,主要采用系统辨识、最优控制、自适应控制等控制技术对炉温进行控制,通过运用广义最小方差控制策略建立相应的冶金加热炉自适应控制系统。

(3)智能控制技术阶段。第三阶段时间为20世纪70年代末至今。七十年代末,电阻炉温度控制技术已经基本成熟,逐渐向智能控制"和复杂系统控制的方向发展。

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