电加热炉温度控制系统数学模型的建立及验证

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1、万方数据第9卷第4期2010年lO月北京工业职业技术学院学报JOURNALOFBELLINGPOLYTE：CHNICCOLLEGENo．4V01．9Oct．2010电加热炉温度控制系统数学模型的建立及验证李林琛杨晓雪(北京工业职业技术学院，北京100042)摘要：多数电加热炉是滞后、惯性、特性参数随温度变化的被控对象，难以用数学模型精确表达。根据电加热温度控制系统的物理意义，确定了一种表达电加热炉温度系统的数学模型方法。并对上述数学模型的数值求解方法进行了探索和研究，分析并讨论了模型的特性。为了检验数学模型及其数值计算的可靠性和真实性，对加热炉加热过程中的温度

2、进行了跟踪实测。实测结果与数学模型数值计算结果基本相符，验证了数学模型是可靠的，数值计算结果是可信的。关键词：电加热炉；温度；数学模型；建立；验证中图分类号：TPl8文献标识码：A文章编号：1671—6558(2010)04—21—05ResearchonMathematicalModelofTemperatureControllSystemforElectricHeatersLILinchenYangXiaoxue(BeijingPolytechnicCollege，Beijing100042，China)Abstract：Mostelectricheate

3、rsarecomplicatedcontrolledobjectswithlagging，inertiaandcharacteristicparameterschangingwithtemperature，whicharedifficulttodescribebyaccuratemathematicalmodel．Accordingtophysicalsignificanceoftheelectricheatingtemperaturecontrolsystem，thispaperputsforwardakindofmathematicalmod—e1．Int

4、hispaper，thecalculationmethodofthemathematicalmodelparametorsisexploredandresearched，andthecharacteristicsofmodel。isanalyzedanddiscussed．Inordertotestthereliabilityandauthenticityofthemathemati-calmodelandnumericalcalculations，thetemperatureoffurnaceistrackedandmeasuredinthethermalp

5、rocess．Theexperimentshaveshownthenumericalcalculationresultsarefaiflyaccordedwithexperimentalresults，themathematicalmodelisreliable，andthesenumericalcalculationresultsaxeauthentic．Keywords：electricfurnace；temperature；mathematicalmodel；modeling；modelverification0引言电加热炉是科学实验、工业生产等过程中常

6、用的加热设备，由于炉子种类和规格的不同，以及加热对象的不同，它们构成的系统千差万别。而从控制的角度讲，多数电加热炉是滞后、惯性、特性参数随温度变化的被控对象，难以用数学模型精确表达。电加热温度控制系统具有升温单向性、惯性、滞后性和时变性等的特点。而其升温单向性是其必须收稿日期：2010-01—12作者简介：李林琛(1982一)，男，河南焦作人。工学硕士，助理讲师。主要从事工业控制及自动化工作。万方数据北京工业职业技术学院学报第9卷要面对的一个重要问题之一。升温单向性是指升温(保温)是通过电加热；降温则是依靠自然冷却，当温度一旦超调，就无法利用有效的控制手段使其

7、降温，因而很难用传统方法建立精确的模型，并确定参数。本文根据电加热温度控制系统的物理意义，确定了一种表达电加热温度控制系统的数学模型，提出了其参数的确定方法，并通过实测数据对数学模型进行了验证。1电加热炉温度系统的模型电加热炉炉膛温度是由炉丝的供电功率来调节的，炉丝由固态继电器的导通／关断控制供电。改变固态继电器的占空比可以实现输出功率的调节，从而调节电加热炉炉膛温度。电加热炉温度控制系统的结构示意图如图l所示。图1电加热温度控制系统根据电加热温度控制系统的物理意义和响应特性，得到一种描述电加热炉温度控制系统的数学模型如图2所示：rc—l一-R窜E，l一图2加

8、热与散热模拟模型示意图其中：t表示电流