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                                                               硅碳棒加熱爐的溫度控制

硅碳棒加熱爐的傳統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)大多是單回路控制系統(tǒng)。分析各種影響加熱爐溫度控制性能的因素，工作電壓的波動(dòng)、晶閘管開度等因素都需經(jīng)過整個(gè)容量滯后大，時(shí)間常數(shù)大的控制通道，這就會(huì)導(dǎo)致控制系統(tǒng)的控制作用不及時(shí)，過渡時(shí)間長(zhǎng)，控制精度低。若能通過一定方法使得這些干擾因素不經(jīng)過較大的滯后

硅碳棒加熱爐的溫度控制難點(diǎn)有兩點(diǎn):一是加熱爐實(shí)際溫度離期望溫度的偏差較大時(shí)對(duì)加熱電流的控制，要在各種溫度范圍內(nèi)保證安全的條件下維持加熱電流在.大值，二是偏差較小時(shí)對(duì)大滯后溫度控制系統(tǒng)的控制，實(shí)現(xiàn)無靜差控制。

就能大大提高系統(tǒng)的控制性能。因此本文提出了一種溫度+電流的雙閉環(huán)模糊控制系統(tǒng)，外環(huán)為溫度控制環(huán)，其控制輸出作為內(nèi)環(huán)的給定輸入，內(nèi)環(huán)為電流控制環(huán)。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3.3所示。溫度控制器根據(jù)溫度偏差信號(hào)產(chǎn)生晶閘管觸發(fā)裝置的控制電壓。硅碳棒內(nèi)環(huán)控制器的輸入是外環(huán)的輸出，內(nèi)環(huán)輸出為Uctm，它限制了雙向晶閘管調(diào)壓器的輸出電壓的.大值，外環(huán)輸出限幅值Utm決定了外環(huán)中.大的允許電流。內(nèi)外環(huán)響應(yīng)速度的差異是很大的，電流響應(yīng)是毫秒級(jí)的，而外環(huán)的溫度響應(yīng)有很明顯的滯后性。
硅碳棒的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的升溫特性大致分為三個(gè)階段。..階段就是電流上升階段，這一階段外環(huán)在突加溫度期望信號(hào)To時(shí)，溫度控制器的輸入偏差信4T二T,溫度控制器輸出控制為.大值。內(nèi)環(huán)則根據(jù)外環(huán)的控制輸出，調(diào)節(jié)加熱電流，使其迅速上升到.大允許值。第二階段為恒流升溫階段，這個(gè)階段外環(huán)仍處于飽和狀態(tài)，內(nèi)環(huán)保持線型調(diào)節(jié)狀態(tài)。雖然電阻等因素的干擾會(huì)使電流稍有所波動(dòng)，但由于電流調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，電流保持在.大值，硅碳棒加熱爐溫度穩(wěn)步上升。第三階段為穩(wěn)定調(diào)節(jié)階段。這個(gè)階段外環(huán)實(shí)際溫度接近期望值，外環(huán)控制器退出飽和，溫度控制器開始調(diào)節(jié)，內(nèi)環(huán)保持在不飽和狀態(tài)，電流輸出緊隨外環(huán)
輸出變化。
這種雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，就其主回路(外環(huán))來看是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，一般要求使整個(gè)系統(tǒng)控制沒有靜差;而副回路(內(nèi)環(huán))則為一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)，一般要響應(yīng)快速，允許有余差的。這種結(jié)構(gòu)具有比常規(guī)單回路控制系統(tǒng)更良好的性能。由于副回路的存在，提高了控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。首先，它改善了受控過程的動(dòng)態(tài)特性。電流負(fù)反饋能夠?qū)h(huán)內(nèi)的傳遞函數(shù)加以改造，使等效的時(shí)間常數(shù)減小;其次，提高了系統(tǒng)的工作頻率;.后，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗二次干擾能力對(duì)在內(nèi)環(huán)典型擾動(dòng)信號(hào)下的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)性能做了簡(jiǎn)單分析:
①坡擾動(dòng)抑制:如果硅碳棒內(nèi)環(huán)控制器有積分作用，則串級(jí)系統(tǒng)可以抑制內(nèi)環(huán)的斜坡擾動(dòng);
②躍擾動(dòng)抑制:性能主要依賴于兩個(gè)控制器的比例增益和積分增益和外環(huán)過程增益。積分作用有時(shí)候可能引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。所以Yu和Luybe建議內(nèi)環(huán)不使用積分環(huán)節(jié)，但是如果內(nèi)環(huán)過程的動(dòng)態(tài)特性太快的話，外環(huán)控制器的積分作用不足以抵消由于內(nèi)環(huán)擾動(dòng)所引起的微分作用，在這種情況下，如Krishnaswamy和Rangaish}42牙旨出，內(nèi)環(huán)的積分作用能夠增強(qiáng)系統(tǒng)的控制性能。由以上分析也可以看出，系統(tǒng)的硅碳棒內(nèi)環(huán)控制器的模態(tài)應(yīng)該根據(jù)內(nèi)環(huán)的過程動(dòng)態(tài)特性仔細(xì)選擇，保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，獲得.優(yōu)的控制性能。