硅碳棒加热炉双闭环控制管理系统的基本结构与基本原理

  硅碳棒加热炉的温度控制难点有两点:一是加热炉实际温度离期望温度的偏差较大时对加热电流的控制，要在各种温度范围内保证安全的条件下维持加热电流在.大值，二是偏差较小时对大滞后温度控制管理系统的控制，实现无静差控制。

  就能大幅度的提升系统的控制性能。因此本文提出了一种温度+电流的双闭环模糊控制管理系统，外环为温度控制环，其控制输出作为内环的给定输入，内环为电流控制环。控制管理系统结构框图如图3.3所示。温度控制器根据温度偏差信号产生晶闸管触发装置的控制电压。硅碳棒内环控制器的输入是外环的输出，内环输出为Uctm，它限制了双向晶闸管调压器的输出电压的.大值，外环输出限幅值Utm决定了外环中.大的允许电流。内外环响应速度的差异是很大的，电流响应是毫秒级的，而外环的温度响应有很明显的滞后性。

  硅碳棒的双闭环控制管理系统的升温特性大致分为三个阶段。..阶段就是电流上升阶段，这一阶段外环在突加温度期望信号To时，温度控制器的输入偏差信4T二T,温度控制器输出控制为.大值。内环则根据外环的控制输出，调节加热电流，使其迅速上升到.大允许值。第二阶段为恒流升温阶段，此阶段外环仍处于饱和状态，内环保持线型调节状态。虽然电阻等因素的干扰会使电流稍有所波动，但由于电流调节器的调节作用，电流保持在.大值，硅碳棒加热炉温度稳步上升。第三阶段为稳定调节阶段。此阶段外环实际温度接近期望值，外环控制器退出饱和，温度控制器开始调节，内环保持在不饱和状态，电流输出紧随外环

  这种双闭环控制管理系统，就其主回路(外环)来看是一个定值控制管理系统，一般要求使总系统控制没有静差;而副回路(内环)则为一个随动控制管理系统，一般要响应快速，允许有余差的。这种结构具有比常规单回路控制管理系统更良好的性能。由于副回路的存在，提高了控制管理系统的控制品质。首先，它改善了受控过程的动态特性。电流负反馈能够将环内的传递函数加以改造，使等效的时间常数减小;其次，提高了系统的工作频率;.后，大大增强了系统的抗二次干扰能力对在内环典型扰动信号下的双闭环控制系统性能做了简单分析:

  ①坡扰动抑制:如果硅碳棒内环控制器有积分作用，则串级系统能抑制内环的斜坡扰动;

  ②跃扰动抑制:性能主要依赖于两个控制器的比例增益和积分增益和外环过程增益。积分作用有时候可能会导致系统的不稳定。所以Yu和Luybe建议内环不使用积分环节，但是如果内环过程的动态特性太快的话，外环控制器的积分作用不足以抵消由于内环扰动所引起的微分作用，在这种情况下，如Krishnaswamy和Rangaish}42牙旨出，内环的积分作用能够增强系统的控制性能。由以上分析也能够准确的看出，系统的硅碳棒内环控制器的模态应该根据内环的过程动态特性仔细选择，保证系统稳定的前提下，获得.优的控制性能。

  硅碳棒使用温度高，具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀、升温快、寿命长、高温变形小、安装维修方便等特点，且有良好的化学稳定性。

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