高频炉智能温度控制系统
摘要GP15-B型高频炉自动控温系统开发的目的是将高频炉旧有的手动控制系统改造成微机监控的自动控制系统，以提高控制质量、生产效率和减轻人的劳动强度。
基于工业PC的高频炉自动控温系统具有实时监测、数据处理、操作指导提示、智能控制等功能。
该系统的控制算法采用仿人智能控制算法(SHIC)，其最主要的优点是不需要事先知道被控对象的精确模型，就能够实现既快速又高精度的控制。
关键词智能控制控制系统高频感应加热
Abstract Temperature in intelligent control system of GP15-B high frequency induction heating furnace is to replace the old hand-control system by computer-control system, and improve the quality of control, increase the efficiency and reduce labor intensity. The temperature automatic control system has some important function, such as real time monitor, data processing, intelligent control, and etc. This system is adept simulating human intelligent control algorithm (SHIC), the most eminent advantage of SHIC is that it can realize quickly and high precision control without the accurate math model of controlled object.
Keywords intelligent control control system high frequency induction heating
1 系统结构简介
GP15-B型高频炉自动控温系统是为满足高熔点材料熔化特性测试目的而开发的，对提高高熔点材料性能测试水平和充分利用原系统具有实用意义。
本系统的基本组成如图1所示，控制的基本过程是：用光电高温计读取加热设备的温度，输出一个与温度对应的电压信号，此信号经过放大、滤波处理后送到A/D(模/数)转换器，转换成相应的数字量。
微机定时地对A/D进行读取，将所得到的数字电压经过电压-温度转换程序转换成数字温度(即实际温度的数字量)，将此温度与用户设定温度相比较，得出温度偏差值E，SHIC仿人智能控制器判断E的大小及E的变化趋势(增大、减小或不变)，输出一个合适的控制量，控制量经过D/A(数/模)转换器转换成相应的控制电压，控制电压的大小将决定可控硅移相触发电路的触发相位，从而控制了高频感应加热设备的输入功率，进而调节温度。
系统的温度控制范围为800～3000℃。
图1 温度控制系统原理框图
GP15-B高频感应加热设备的加热范围是室温到3000℃，考虑到GP15-B主要用于测试物质的熔点，因此对测量精度有较高的要求。
综合以上两点考虑，选用PYRO Photo Ⅱ(P-272)自动光电高温计作为系统的温度传感器。
仿人智能控制(Simulating Human Intelligent Control，简称SHIC)，就是通过对人(控制专家、熟练工人)的宏观控制结构和控制行为功能的研究，模仿人的控制行为和控制特点的算法。
与PID算法相比，SHIC具有控制速度快、稳定、所需时间短、控制精度高、适应性强、能够进行在线特征辨识和参数自整定等特点。
同样，SHIC亦不需要了解被控制对象的精确数学模型，除了被控制对象的静态增益系数，其他的一切特征参数都可以不用知道。
对于实际的控制过程，可以预先任给一组控制参数，经过一段时间后控制算法能自动将它们整定到较优的值，从而得到较好的控制效果。
因此，SHIC对操作者的要求大大降低，可操作性要优于PID算法。
2 高频炉三相整流可控电路(略)
3 智能温度控制算法
系统采用改进的SHIC算法，其动态特性可表示为(离散形式表示)
式中：E
n
——误差的当前值；
E
n－1
——前一个周期的误差值；
ΔE
n ＝E
n
－E
n－1
；
K
p
——比例增益系数；
K 1——放大系数(K
1
＞1）；
K 2——抑制系数(0＜K
2
＜1）；
M——设定的误差界限；
n——自然数，表示控制周期的序号；
P
0（n－1）
——n之前一个周期的输出量的保持值。
4 仿人智能控制算法参数的在线自整定
使用SHIC算法时有两个参数需要确定其取值(K
p ，K
2
)。
对于给定的对象不是
只有一组K
p ，K
2
的最优值，而是有一族K
p
与K
2
的理想取值，即在一个很大范围
内任给出K
p ，都有一个恰当的K
2
与之相对应，能得到系统的理想动态响应过程。
因此，对仿人智能控制算法参数的整定问题就简化为对K
2
的整定。
K
2
的自整定采取仿人方法，在得到必要的操作训练后，由人实现的控制方法是接近最优的，这方法不需要了解对象的结构参数，也不需要最优控制专家的指导。
人在操作时不需要了解对象的结构参数，只需要了解系统的某些状态，如误差、达到目标的时间等，这些状态通常是易于测量的，这也表明人能通过操作训练得到很好的控制效果，而不需要处理在线辨识中的许多难题。
重庆大学周其鉴教授等人在1985年采用人-机学习训练系统，模仿人类某些
智能的工作，研究了SHIC参数K
2的自整定，得出了K
2
自整定的控制算法模型，
该算法模型如下
式中：K
p
——比例系数；
r——衰减系数，0＜r＜0.618；
e
m
——第i次误差极值；
K
——对象静态增益。
5 结语
GP15-B型高频炉自动控温系统是基于工业控制利用微机(386)上的具有实
时监测、控制、显示、自动安全保护功能的系统。
可以根据用户的需要设定升降温曲线，如恒速率加热、恒功率加热、定值及设定函数升降温等形式的温度曲线。
该系统控制精度高，可靠性好，稳定速度快，适应性强，且系统操作简便，对操作者要求不高，目前已用于核材料熔化特性的测试，实际应用已证明了其良好的控制效果。
作者单位：陈玲康戈文：四川大学(成都610065)
龚坚：广东发展银行(广州510080)
参考文献
1 李祖枢.智能控制理论研究.信息与控制，1991；(5)：27～37
2 李祖枢，徐鸣，周其鉴.一种新型的仿人智能控制器(SHIC).自动化学报，1990；
(6)：503～509
3 李南，周其鉴.智能调节器参数在线仿人自整定.重庆大学学报，1995；(1)：135～145。