摘要: 真空退火炉是航空工件热处理过程中的重要设备。因其具有流程简单、能耗低、污染少和效率高等优点，广泛应用在稀有金属工件等新型材料的热处理工艺。但真空退火炉控制系统复杂，其炉温控制具有滞后时间长、升温过程惯性大和非线性等特点，生产现场常... 展开 真空退火炉是航空工件热处理过程中的重要设备。因其具有流程简单、能耗低、污染少和效率高等优点，广泛应用在稀有金属工件等新型材料的热处理工艺。但真空退火炉控制系统复杂，其炉温控制具有滞后时间长、升温过程惯性大和非线性等特点，生产现场常采用普通比例-积分-微分(ProportionalIntegralDerivative,PID)控制，不能较好的满足控制指标。因此，研究先进控制策略对提高真空退火炉的温度控制指标有重要意义。 本课题以沈阳某航空工件热处理车间的稀有金属工件真空退火炉为研究对象，对于该现场目前存在的控制手段简单，炉温控制指标不能满足稀有金属工件热处理工艺要求的现象，进行了深入和具体地研究。论文完成的主要工作如下: 首先，对该车间真空退火炉温度控制系统的需求进行分析并完成系统总体设计。根据真空退火炉的设备结构和工艺流程，结合实际问题进行温度控制系统需求分析，并在现场已有的软硬件平台基础上，提出了改进的控制方案。设计了一套采用MATLAB完成核心算法、可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController,PLC)采集控制和上位WINCC监控记录的温度控制系统。 其次，对温度控制系统的硬件和软件进行设计。硬件设计以PLC为核心，完成对真空退火炉温度和真空度等状态的采集，实现了对加热器及各种泵、阀等执行机构的自动控制;采用模块化设计思维完成了控制系统软件设计，主要包括系统初始化、数据实时采集和分析处理、输出控制、报警等子程序;设计了上位机以便于用户查看运行状态、执行控制指令、查看系统实时/历史数据及曲线和报警状态。 然后，完成了改进的粒子群模糊PID(ParticleSwarmOptimizationFuzzyPID,PSOFuzzyPID)温度控制器的设计。基于该退火炉的设备特点和工作特性，建立相应炉温数学模型，选择并设计模糊PID控制器实现温度自适应控制;针对模糊控制存在经验优先的问题，提出了一种基于改进粒子群算法迭代求解模糊PID变论域算法中关键参数的控制方法,并设计改进粒子群模糊PID控制器，构建了控制模型，完成控制算法的编写和调试。 最后，设计阶跃、干扰和温度跟随仿真实验，针对传统PID、模糊PID和改进粒子群模糊PID对温度控制系统的温度控制效果进行了仿真和分析。结果表明:在阶跃仿真中，传统的PID、模糊PID和改进粒子群模糊PID的最大超调量分别为13.84％、11.2％和4％;在抗干扰仿真中，传统的PID、模糊PID和改进粒子群模糊PID分别在1035s、919s和890s时恢复稳态;在温度跟随仿真中,传统的PID、模糊PID和改进粒子群模糊PID分别在233s、200s和190s时开始对设定目标温度稳定进行稳定跟随。总结仿真结果可知，改进粒子群模糊PID最大超调量显著降低、恢复稳态时间大幅缩短，跟随速度较快，同时满足系统控制工艺超调量小于5％的要求，具有较强的抗干性和温度跟随性，能够更好的适应系统控制输出的变化，满足了系统温度准确性、稳定性和快速性的控制需求。 收起