Повышение точности автоматического регулирования температурного поля в многозонных электропечах сопротивления при спекании ферритов

• Автор: Юдин, Алексей Викторович
• Шифр специальности: 05.13.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 184 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
ГЛАВА 1.Исследование влияния параметров многоканальных регуляторов температуры на процесс термической обработки ферритов
1.1. Анализ эффективности способов формирования напряжения
1.1.1. Формирование напряжения при гармонических НК и ГК
1.1.2 Регулирование при гармонической НК и модулированной РК
1.1.3. Регулирование гармонической НК и псевдогармоиической РК
1.1.4. Регулирование при постоянной НК и гармонической РК
1.1.5. Регулирование при постоянной НК и модулированной РК
1.1.6. Регулирование при постоянной НК и исевдогармонической РК
1.1.7. Сравнительная оценка эффективности способов формирования напряжения
1.2. А напив способов управления процессом
1.3. Анализ способов распределения напряжения
Выводы по главе 1
ГЛАВА 2. Влияние способа, формирования распределения напряжения на, точность регулирования температуры- зуй«Ч
2.1. Влияние напряжения питания на, нестабильность температуры
2.1.1. Связь средне - квадратического значения сформированного напряжения с. параметрами РК и НК
2.1.2. Оценка, влияния дискретности регулирования на, точностные характеристики
2.1.3. Связь нестабильности температуры со спектром мощности
2.2. Точностные характеристики при гармонической РК
2.2.1. Точностные характеристик и, определяемые дискретностью, при изменении амплитуды РК
2.2.2. Корректировка, регулировочной характеристики
2.2.3. Точностные характеристики при регулировании температуры
2.2.4. Точностные характеристики, определяемые дискретностью, при изменении фазы РК
2.3. Точностные характеристики при модулированной РК
2.3.1. Спектральный состав модулированной РК
2.3.2. 1'очностные характеристики, определяемые дискретностью, для модулированной РК
2.3.3. Точностные характеристики при регулировании температуры
2.4. Влияние способа распределения на точность регулирования . 66 Выводы по главе 2

ГЛАВА 3. Анализ влияния способа управления на точность регулирования температуры и синтез оптимального закона управления
3.1. Анализ структурных связей параметров многомерных процессов регулирования
3.2. Особенности регулирования многозопного термического объекта как непрерывной САУ
3.3. Дискретная модель процесса нестационарной теплопроводности
3.3.1. Линеаризованная модель
3.3.2. Реализация дискретной модели на ЭВМ
3.3.3. Оценка погрешности линеаризации
3.4. Параметрическая идентификация многозонного термического объекта
3.5. Синтез оптимального закона управления многозопного регулятора температуры
3.5.1. Оптимизация переходного процесса многоканального регулирования температуры
3.5.2. Адаптивное регулирование по отклонению от эталонного процесса в многозовжом термическом объекте
Выводы но главе
ГЛАВА 4. Техническая реализация и экспериментальные исследования регуляторов
4.1. Техническое решение регулятора
4.1.1. Анализ вариантов технической реализации способа регулирования переменного напряжения
4.1.2. Исследование вариантов реализации регуляторов на основе дискретно регулируемого трансформатора
4.1.3. Исследование зависимости необходимого числа дискрет от точностных характеристик регулятора
4.1.4. Сравнение вариантов регулирования но первичной и вторичной обмоткам
4.1.5. Определение мощности регулируемого трансформатора
4.2. Исследование качества функционирования системы регулирования
4.2.1. Экспериментальные исследования на физической модели
4.2.2. Экспериментальные исследования на математической модели
4.2.3. Оценка экономической эффективности регулирования
Выводы но главе 4
Заключение
Литература
Приложения

Введение
Решаемая задача - улучшение точностных характеристик многоканальных регуляторов - возникает в технологических установках, имеющих несколько взаимосвязанных каналов регулирования. К таким установкам могут быть отнесены многодвигательные поточные линии, промышленные роботы - манипуляторы и термические установки.
Особенно следует отметить важность многоканального регулирования температуры в электропечах с групповой обработкой изделий (например, туннельные печи). Это связано с тем, что термические процессы находят широкое применение в самых различных отраслях. Они используются в металлургии, машиностроении, приборостроении, легкой и пищевой промышленности для выполнения плавки, сушки, термообработки и других операций.
Характерной особенностью разработки термических процессов в последние годы стало все более широкое применение программированных режимов при одновременном ужесточении требований к точностным характеристикам процессов. Так, например, в технологии изготовления подложек интегральных микросхем [9] при температуре 1500°С требуется обеспечение точности в 0,5 %.
При проведении различных видов испытаний, в частности испытании материалов на растяжение при повышенных температурах и определении упруго прочностных свойств резины, допускаются отклонения, не превышающие 2 %, а при механических испытаниях пластмасс и определении усталостной выносливости резины - не превышающие 1% [40,41].
При прогнозировании коробления высокоточных деталей ставится задача определения температурных передаточных характеристик. При этом требуется точность поддержания температуры ±0.1°С [21].
Необходимость повышения точности для термического оборудования связана с тем, что существует риск получения большой партии бракованной продукции, при несоблюдении технологического режима. Кроме того, для многоканальных регуляторов температуры, наряду с задачей повышения статической точности, возникает необходимость в обеспечении равномерности температурного поля, так как при этом улучшается показатель повторяемости параметров изделий. Так, например, при производстве ферритовых сердечников даже при условии поддержания температуры с высокой точностью (0.2 %) выход годных не превышает 80 %. Это связано с неравномерностью температурного поля по поверхности технологической плиты. Кроме того, учитывая
ГЛАВА
ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ФОРМИРОВАНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА НЕСТАБИЛЬНОСТЬ ТЕМПЕРАТУРЫ
Точность работы системы автоматического регулирования принято оценивать с помощью таких характеристик как величина перерегулирования и статическая ошибка [80]. Рассмотрим составляющие погрешности, зависящие от способа формирования и распределения напряжения. Так как основная масса термических установок питается от сети переменного тока, то температура в установившемся режиме будет колебаться относительно некоторого среднего уровня, то есть точность регулирования температуры в этом аспекте удобнее оценивать по величине нестабильности.
2.1. Влияние напряжения питания на нестабильность температуры
При рассмотрении этого вопроса необходимо оценить характеристики нагревательного элемента, так как они, во многом, определяют эффективность применения того или иного способа формирования напряжения.
В электропечах применяют металлические и неметаллические (карборундовые) нагреватели с высоким электрическим сопротивлением. Металлические нагреватели применяют, если рабочая температура печи не превышает 1200°С. Электронагреватели из карбида кремния подразделяют на карборундовые (крупнозернистые) и силитовые (мелкозернистые) и применяют для получения рабочей температуры выше НОСТС. Особенностью нагревателей такого типа является ’’старение”, проявляющееся в увеличении электрического сопротивления. Поэтому в процессе эксплуатации необходимо предусмотреть возможность изменения амплитуды подводимого напряжения.
В таблице 2.1 приведены технические данные карборундовых нагревателей, выпускаемых Подольским заводом огнеупорных изделий. Цифры в обозначении нагревателей соответствуют их диаметру и длине. Зная эти параметры, а также удельную теплоемкость карбида кремния (С = 0.67кДж/кгА) и его удельную плотность (р = 2200кг/м3) нетрудно найти собственную постоянную времени такого нагревательного элемента. В зависимости от марки нагревателя она составляет от 14 до 268 секунд. Для многозонных регуляторов температуры применяется секционирование нагревательных элементов, то есть применяются нагреватели с наименьшими геометрическими размерами. Именно на