1、课题研究背景及其意义

随着社会的发展，温度控制系统在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等领域中都有着极为重要的作用。各个领域对温度控系统的精度、稳定性等的要求也越来越高。[1]为了生产的安全，高效率与自动化，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制等等。因此一个低成本且拥有高精度，高稳定性的温度控制系统对工业生产有着极其重要的意义。对加热炉温度的控制就是一个典型的温度控制系统。相比于以油、气等作为热源的传统加热炉，电加热炉以其无污染、操作方便、自动化程度高、节省基建投资等诸多优点在冶金、机械、食品、化工等行业有着广泛应用。[2]

然而加热炉温度过程受多种随机因素干扰，具有大惯性、纯滞后、非线性以及时变等特点，建模困难。[3]传统PID控制方式对于这种被控对象无能为力,难以适应多变的加热炉工况， 而且由于参数难以确定，使得PID 控制器不能总是处于最佳状态，炉温控制效果不够理想。PID 控制是控制领域产生最早，应用最广的一种控制方法。[4]具不完全统计，不论是工业过程控制还是航空航天控制领域，PID 控制早已经上了经典教科书，然而由于其原理简单和应用效果，人们仍然不断研究其各种设计方法和未来发展潜力。模糊控制在只能控制领域由于理论研究比较成熟，实现相对比较简单，适应面宽而得到广泛的应用。在现代工业控制应用中，模糊控制都充当着重要的角色。本课题研究的就是基于PLC控制电加热炉温度的方法设计，采用全新的智能控制算法以解决PID控制所不能解决的问题，这种智能控制与传统PID调节相结合的智能控制算法将成为加热炉的研究热点。[5]

2.研究现状

1.重庆钢铁集团电子有限责任公司系统部在重庆钢铁(集团)有限责任公司型钢厂加热炉控制系统升级改造过程中引入模糊控制技术,实现模糊控制技术与传统的单一PID控制技术的完美结合, 达到了精确的控制要求。

2. MZK 控温设备具有以下几种功能：它的核心 LU 或 AI是采用了进口的微处理器与最新的智能仪表，还采用了多种先进技术，产品的抗干扰力有了很大的提高。[6]在电炉控温系统中，它可以根据实际要求将输入功率的百分比进行调节，能将整个系统控制得很好，达到节能节电的效果。它采取了新型的电路，具有断电数据功能，能长时间保存和设置参数与程序，和计算机连接在一起工作，从而实现了智能仪表的所有操作功能，实现对炉温的控制。

3.广东省韶关钢铁集团有限公司炼轧厂加热炉系统以SIMENS系列S7 -300PLC为主控器, 整个控制系统的硬件由SIEMENS公司的自动化系列产品组成:CPU采用CPU315 -2DP;能实现数据与上位机的交换和系统的远程监控.、手动/自动工作方式切换、起动、故障停车、复位和报警输出等功能。实现了用PLC系统对加热炉炉温的控制, 从而进一步保证了整个控制系统的稳定性、快速性和控制的准确性, 达到了控制要求。[7]

3、发展趋势

(1)针对所面临的问题，雷霞、李晓光等设计了基于Sugeon 推理模糊Smith-PID 控制器[8]。一方面，利用Sugeno 模糊推理运算，实现PID 参数自调整的目的。李川在加热炉控制系统中成功地加入了模糊控制技术，将其与传统PID 相结合，实现了对PID 参数的自调整，从而达到了优化的目的[9]。文定都借鉴免疫反馈机理对抗原的快速反应和稳定免疫系统机理，设计了一种非线性P 控制器。[10]廉宇峰等通过对GPC 算法的研究，在PLC 上实现了一阶惯性加延迟对象的单步预测控制。杨捷、高增梁等设计了一种可在嵌入式系统中实现的预测控制算法。[11]基于两阶段闭环辨识算法原理，曹江涛、李平等对其中间辨识模型的结构、阶次以及对最终辨识结果的影响进行了深入研究，给出了中间辨识模型与最终辨识结果的关系。[12]