微波烧结温度智能控制的研究与实现
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摘要
微波烧结是一个非常复杂的过程。其中，微波温度的控制对材料烧结的成功与否起着非常重要的作用。本文在分析了微波烧结温度工作过程的特性和系统的特殊之处后，提出了计算机两级控制系统的结构对微波烧结温度进行了有效的控制。
论文针对系统采用的计算机两级控制系统中的通讯问题进行了大量的研究和实践工作。研究并实现了基于PLC的不定字长的通讯方法和在Delphi环境下运用MSComm ActiveX控件实现可靠的通讯。
论文对被控系统模型进行了参数测量与辨识。针对微波烧结温度过程具有非线性、时滞、随机性和动态时变等特性，分析了传统控制算法，模糊控制算法，模糊PID控制算法在微波烧结温度控制上的优势和劣势。在此基础上，针对微波烧结实际过程中的一些特点，我们引入了预测控制思想，分析与研究了预报式模糊算法基本原理，设计出了基于预报式模糊的微波烧结温度控制算法，较为有效的解决了系统的滞后问题，减小了系统的超调。对采样数据进行卡尔曼滤波以提高控制的精度并且加入前馈增强系统的动态跟踪性能。试验结果表明这些措施对微波烧结温度控制策略进行了有效的优化。
最后，在面向对象的程序设计思想指导下，充分利用第三方控件的功能，开发出了多个功能模块。系统应用软件的设计与实现为整个控制系统的完成提供了有力的保障。
Microwave sintering is a very complex process. Among many key factors, the precision of temperature control contributes much to the final result of sintering material. After analyzing the feature of microwave sintering and the specialty of this system, we propose the computer two-stage structure to realize the reliable control of microwave sintering temperature.
In this paper, aiming at solving the noise jamming problems in the communication of our two-stage control system, we make rich studying and practicing. By using the various length communication method of PLC and the COM component of MSComm, we successfully realized the reliable communication.
This paper measured and identified the parameters of the control model. Microwave sintering procession had such characteristics as non-linear, time-delay, random and time-various. According to these traits, we studied the merits and defects of many control algorithms in temperature control in our Microwave Sintering System, such as traditional control algorithm, fuzzy control algorithm. And based on these researches, we infuse the thought of forecast and designed the controller of microwave sintering based on fuzzy control algorithm with forecast. And this algorithm solves the problem of time-delay and decreases the overshoot of system. We promote the precision of control system by using Kalman filter to process the sample data and intensify the dynamic tracking properties by adding feed forward. Research results show that all these measures effectively optimize the microwave sintering temperature control.
At last, guided by methods of the Object-oriental analysis, we developed several main function modules by using the third-party components. Design and implement of the software subsystem is another key factor of our system.
论文针对系统采用的计算机两级控制系统中的通讯问题进行了大量的研究和实践工作。研究并实现了基于PLC的不定字长的通讯方法和在Delphi环境下运用MSComm ActiveX控件实现可靠的通讯。
论文对被控系统模型进行了参数测量与辨识。针对微波烧结温度过程具有非线性、时滞、随机性和动态时变等特性，分析了传统控制算法，模糊控制算法，模糊PID控制算法在微波烧结温度控制上的优势和劣势。在此基础上，针对微波烧结实际过程中的一些特点，我们引入了预测控制思想，分析与研究了预报式模糊算法基本原理，设计出了基于预报式模糊的微波烧结温度控制算法，较为有效的解决了系统的滞后问题，减小了系统的超调。对采样数据进行卡尔曼滤波以提高控制的精度并且加入前馈增强系统的动态跟踪性能。试验结果表明这些措施对微波烧结温度控制策略进行了有效的优化。
最后，在面向对象的程序设计思想指导下，充分利用第三方控件的功能，开发出了多个功能模块。系统应用软件的设计与实现为整个控制系统的完成提供了有力的保障。
Microwave sintering is a very complex process. Among many key factors, the precision of temperature control contributes much to the final result of sintering material. After analyzing the feature of microwave sintering and the specialty of this system, we propose the computer two-stage structure to realize the reliable control of microwave sintering temperature.
In this paper, aiming at solving the noise jamming problems in the communication of our two-stage control system, we make rich studying and practicing. By using the various length communication method of PLC and the COM component of MSComm, we successfully realized the reliable communication.
This paper measured and identified the parameters of the control model. Microwave sintering procession had such characteristics as non-linear, time-delay, random and time-various. According to these traits, we studied the merits and defects of many control algorithms in temperature control in our Microwave Sintering System, such as traditional control algorithm, fuzzy control algorithm. And based on these researches, we infuse the thought of forecast and designed the controller of microwave sintering based on fuzzy control algorithm with forecast. And this algorithm solves the problem of time-delay and decreases the overshoot of system. We promote the precision of control system by using Kalman filter to process the sample data and intensify the dynamic tracking properties by adding feed forward. Research results show that all these measures effectively optimize the microwave sintering temperature control.
At last, guided by methods of the Object-oriental analysis, we developed several main function modules by using the third-party components. Design and implement of the software subsystem is another key factor of our system.
引文
[1]张围娟等．分析科学学报．2000，16(5)：358
[2]K．E．Haque．有色金属文摘，1992，7(6)：65
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[4]刘纬讳等．微波加热磷钨酸脂催化合成对经基苯甲酸丁脂．淮海工学院学报，1999．8(4)：56
[5]师宝山，崔光照 等．智能湿度传感器在微波炉中的实现．郑州轻工业学院学报．1999．9(2)：32
[6]崔风英，李莉．微波场的温度测量．计量技术．2003．3(5)：21
[7]黄胜军 温樟等．微型计算机控制应用实例集．清华大学出版社．1987．4：142
[8]费敏锐，陈伯时，朗文鹏． 智能控制方法的交叉综合及其应用．控制理论与应用，1996，13(3)：273-280
[9]王耀南．智能控制系统．长沙：湖南大学出版社，2000
[10]傅信鐦．过程计算机控制系统．西安：西北工业大学出版社，1998
[11]陶永华，葛芦生等．新型PID控制系统及其应用．北京：机械工业出版社，1998
[12]成晓明，刘阳等．计算机测量与控制．2002．10(9)
[13]蔡自兴．智能控制．北京：电子工业出版社，2003：P80～85
[14]袁南儿．计算机新型控制策略及其应用．北京：清华大学出版社，1998：P2～5
[15]尔联洁．自动控制系统．北京：航空工业出版社，1996
[16]李士勇，模糊控制．神经网络和智能控制论．哈尔滨工业大学出版社，1996年10月
[17]赵振宇，徐用懋．模糊理论和神经网络的基础与应用[M]．北京：清华大学出版社，1995
[18]诸静．模糊控制原理与应用。北京：机械工业出版社，1999，P60～72
[19]徐丽娜．神经网络控制．哈尔滨：哈尔滨工业出版社，1998
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[24]李骀斌．模糊自整定PID控制器．山东矿业学院学报，1999，第三期，P307～310
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[30]席裕庚．预测控制．北京：国防工业出版社．1993
[31]顾钟文等．高级过程控制．杭州：浙江大学出版社，1995
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[46]范逸之编著．Visual Basic与RS232串行通讯控制．北京：中国青年出版社，2000年8月第1版
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[49][美]Marco Cantu著，王辉、李澎东等译．Delphi5从入门到精通．北京电子工业出版社，2000年5月第1版
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