電加熱鍋爐是一種清潔環(huán)保、安全高效的供熱設備,廣泛應用于金屬冶煉、樣品熔樣、零件熱處理等工業(yè)領域以及北方供熱采暖等生活方面。然而電加熱鍋控制系統(tǒng)因其具有非線性、大滯后的特點,采用常規(guī)的控制算法容易產生較大的超調量,難以達到較好的控制效果。傳統(tǒng)的鍋爐溫度控制主要是通過晶閘管交流調壓實現(xiàn),這種方式會造成嚴重的諧波污染,輸出諧波高,功率因數(shù)較低。針對這些問題,本文提出了基于BUCK電路的鍋爐溫度控制方式,將交流電轉換為直流電,通過模糊PID算法實現(xiàn)直流電壓和溫度控制。本文首先對控制對象根據(jù)機理分析法,分析了被控對象的物理特性;在實驗的基礎上,利用階躍響應曲線法求取該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。提出采用基于BUCK電路的直流調壓控溫方式;完成核心器件的選型和硬件電路的搭建。然后對常規(guī)PID、模糊PID控制算法的原理進行了分析研究,在MATLAB中運用常規(guī)PID、模糊PID算法對系統(tǒng)進行了設計,并對它們的仿真結果進行了對比,通過仿真結果表明模糊PID控制效果更好。最后采用西門子S7-300系列PLC作為控制器;設計了整體開發(fā)流程、編寫數(shù)據(jù)轉換程序塊和通訊程序塊。針對超調量較大、控制精度低等問題,本文設計了模... 

【文章來源】：上海應用技術大學上海市

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

實測系統(tǒng)階躍響應曲線圖

上海應用技術大學碩士學位論文第11頁第3章鍋爐溫度控制硬件電路設計傳統(tǒng)的鍋爐溫度控制是基于晶閘管交流調壓，其電路原理圖如圖3.1所示，通過控制晶閘管觸發(fā)角來控制輸出電壓，使鍋爐溫度控制在預定的范圍內。但這種電壓調節(jié)方式會對電網(wǎng)造成嚴重的諧波污染，輸出電流諧波含量高，功率因數(shù)低,溫度控制精度也較低；傳統(tǒng)的三相負載連接方式一般采用星形連接，負載為純電阻。由于長期使用，各個加熱管的老化程度不同，實際上是不對稱負載；這樣會使得某相電壓超過加熱管的額定工作電壓，大大降低加熱管的使用壽命。因此，為了提高供電效率，減少諧波污染。受電磁爐工作原理以及三相PWM整流器的啟發(fā)，本文提出了基于BUCK電路的鍋爐溫度控制，將交流電轉換為直流電，通過模糊PID智能控制算法實現(xiàn)直流調壓和溫度控制。圖3.1三相晶閘管調溫電路Fig.3.1Threephasethyristortemperatureregulatingcircuit采用晶閘管調壓控溫會產生很大的諧波含量，并且隨著控制角不斷增大，基波含量急劇下降。相比傳統(tǒng)交流調壓控溫方式，采用該方法有如優(yōu)勢：（1）當電路工作在較低電壓時，電路中產生的諧波比較小，對電網(wǎng)干擾小，功率因數(shù)較高。（2）整流部分采用單相不可控整流，輸出電壓的紋波較�。灰蚋哳l、大功率開關器件出現(xiàn)，可將提高直流斬波電路中的開關頻率，從而降低濾波元件的體積和重量，并減少電路的成本，提高轉換效率。3.1控制系統(tǒng)的硬件電路設計本文脈寬調制(PWM)微動調節(jié)與快速調節(jié)輸出電壓，提高了響應速度和溫控精度。溫控系統(tǒng)的設計框圖如圖3.2所示：

第12頁上海應用技術大學碩士學位論文驅動電路電加熱管溫度設定溫度顯示電源PLC控制器模數(shù)轉換器模糊PID控制脈沖波調制輸出圖3.2溫度控制系統(tǒng)設計框圖Fig.3.2Designdiagramoftemperaturecontrolsystem整個系統(tǒng)由PLC控制單元、驅動電路、BUCK電路、加熱管以及溫度傳感器等幾大部分組成，PLC控制器實現(xiàn)系統(tǒng)的總體控制、算法實現(xiàn)以及觸目屏溫度變化曲線圖顯示。1.直流電源產生由電網(wǎng)供給的交流電壓1U(220V,50Hz)經(jīng)過整流變換成方向不變，大小隨時間脈動的直流電壓，通過濾波電容濾去交流分量，得到較平直的直流電壓[7]。整流濾波[8]分別采用單相橋式整流電路、電容濾波，其電路圖如圖3.3所示。選用的整流橋為MDQ25A1600V，實物圖如圖3.4所示，接入220V交流電時，在接負載的情況下，其輸出直流電壓大約為280V。VD1VD2VD3VD4220VACC1+圖3.3整流電路Fig.3.3Rectifiercircuit圖3.4單相不可控整流橋實物圖Fig.3.4Physicaldrawingofsingle-phaseuncontrolledrectifierbridge

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本文編號：3011475