硅碳棒加熱爐的溫度控制

硅碳棒加熱爐的傳統溫度控制系統大多是單回路控制系統。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、晶閘管開度等因素都需經過整個容量滯后大，時間常數大的控制通道，這就會導致控制系統的控制作用不及時，過渡時間長，控制精度低。若能通過一定方法使得這些干擾因素不經過較大的滯后

硅碳棒加熱爐的溫度控制難點有兩點:一是加熱爐實際溫度離期望溫度的偏差較大時對加熱電流的控制，要在各種溫度范圍內保證安全的條件下維持加熱電流在.大值，二是偏差較小時對大滯后溫度控制系統的控制，實現無靜差控制。

就能大大提高系統的控制性能。因此本文提出了一種溫度+電流的雙閉環模糊控制系統，外環為溫度控制環，其控制輸出作為內環的給定輸入，內環為電流控制環?？刂葡到y結構框圖如圖3.3所示。溫度控制器根據溫度偏差信號產生晶閘管觸發裝置的控制電壓。硅碳棒內環控制器的輸入是外環的輸出，內環輸出為Uctm，它限制了雙向晶閘管調壓器的輸出電壓的.大值，外環輸出限幅值Utm決定了外環中.大的允許電流。內外環響應速度的差異是很大的，電流響應是毫秒級的，而外環的溫度響應有很明顯的滯后性。
硅碳棒的雙閉環控制系統的升溫特性大致分為三個階段。..階段就是電流上升階段，這一階段外環在突加溫度期望信號To時，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。內環則根據外環的控制輸出，調節加熱電流，使其迅速上升到.大允許值。第二階段為恒流升溫階段，這個階段外環仍處于飽和狀態，內環保持線型調節狀態。雖然電阻等因素的干擾會使電流稍有所波動，但由于電流調節器的調節作用，電流保持在.大值，硅碳棒加熱爐溫度穩步上升。第三階段為穩定調節階段。這個階段外環實際溫度接近期望值，外環控制器退出飽和，溫度控制器開始調節，內環保持在不飽和狀態，電流輸出緊隨外環
輸出變化。
這種雙閉環控制系統，就其主回路(外環)來看是一個定值控制系統，一般要求使整個系統控制沒有靜差;而副回路(內環)則為一個隨動控制系統，一般要響應快速，允許有余差的。這種結構具有比常規單回路控制系統更良好的性能。由于副回路的存在，提高了控制系統的控制品質。首先，它改善了受控過程的動態特性。電流負反饋能夠將環內的傳遞函數加以改造，使等效的時間常數減小;其次，提高了系統的工作頻率;.后，大大增強了系統的抗二次干擾能力對在內環典型擾動信號下的雙閉環控制系統性能做了簡單分析:
①坡擾動抑制:如果硅碳棒內環控制器有積分作用，則串級系統可以抑制內環的斜坡擾動;
②躍擾動抑制:性能主要依賴于兩個控制器的比例增益和積分增益和外環過程增益。積分作用有時候可能引起系統的不穩定。所以Yu和Luybe建議內環不使用積分環節，但是如果內環過程的動態特性太快的話，外環控制器的積分作用不足以抵消由于內環擾動所引起的微分作用，在這種情況下，如Krishnaswamy和Rangaish}42牙旨出，內環的積分作用能夠增強系統的控制性能。由以上分析也可以看出，系統的硅碳棒內環控制器的模態應該根據內環的過程動態特性仔細選擇，保證系統穩定的前提下，獲得.優的控制性能。