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加熱工業(yè)爐作為工況復雜、參數多變、運行慣性大、控制滯后的一個系統(tǒng),其數學模型相對來說較難的建立,現(xiàn)階段對其描述多靠定性和局部的定量表達來完成。而其中還有許多不穩(wěn)定因素,如空氣、煤氣壓力值和燃料發(fā)熱值的頻繁波動,各變量之間會相互耦合、相互干擾,雖不占主導地位,但對加熱爐的正常生產不可忽略。采用常規(guī)理論和方法進行控制效果不夠理想,通常還需輔以操作工的看火經驗來調節(jié)控制。在一定程度上,操作工的經驗成為一種不可缺少的控制因素。目前,爐溫優(yōu)化控制絕大多數還是采用溫度流量雙閉環(huán)PID控制器,控制精度差,超調嚴重,升降溫速度慢。神經網絡、模糊控制、專家系統(tǒng)、自適應控制等智能化技術的出現(xiàn)為加熱爐爐溫控制提供了新的方法和思路,但多停留在理論研究和仿真研究階段。
自70年代以來,由于工業(yè)過程控制的需要,特別是在微電子技術和計算機技術的迅猛發(fā)展以及自動控制理論和設計方法發(fā)展的推動下,國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速,并在智能化、自適應、參數自整定等方面取得成果,在這方面,以日本、美國、德國、瑞典等國技術領先,都生產出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表,并在各行業(yè)廣泛應用。它們主要具有如下的特點:
適應于大慣性、大滯后等復雜溫度控制系統(tǒng)的控制。
能夠適應于受控系統(tǒng)數學模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制。
能夠適應于受控系統(tǒng)過程復雜、參數時變的溫度控制系統(tǒng)的控制。
這些溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論及計算機技術,運用先進的算法,適應的范圍廣泛。
普遍溫控器具有參數自整定功能。借助計算機軟件技術,溫控器具有對控制對象控制參數及特性進行自動整定的功能。有的還具有自學習功能,它能夠根據歷史經驗及控制對象的變化情況,自動調整相關控制參數,以保證控制效果的最優(yōu)化。
溫度控制系統(tǒng)具有控制精度高、抗干擾力強、魯棒性好的特點。
溫度控制系統(tǒng)在國內各行各業(yè)的應用雖然已經十分廣泛,但從國內生產的溫度控制器來講,總體發(fā)展水平仍然不高,同國外的日本、美國、德國等先進國家相比,仍然有著較大的差距。目前,我國在這方面總體技術水平處于20世紀80年代中后期水平,成熟產品主要以“點位”控制及常規(guī)的PID控制器為主,它只能適應一般溫度系統(tǒng)控制,難于控制滯后、復雜、時變溫度系統(tǒng)。而適應于較高控制場合的智能化、自適應控制器,國內技術還不十分成熟,形成商品化并廣泛應用的控制器較少。
目前對加熱爐對象的研究集中于空燃比控制和鋼溫的預測控制,加熱爐的溫度對象因為可以近似認為是一階慣性環(huán)節(jié),所以現(xiàn)場廣泛應用PID控制方法。雖然近年來很少有人再研究加熱爐的爐溫控制,但這并不表明爐溫控制不存在問題,控制算法已經沒有改進空間。相反,因為加熱爐的爐溫對象是一個大慣性、大滯后、強干擾、慢時變的系統(tǒng),用傳統(tǒng)PID控制的效果差強人意,但還存在控制精度差、超調量大等問題,有待于進一步改進。