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    一种均匀电磁加热控制方法与流程!
    时间:2019-10-11

    一种均匀电磁加热控制方法与流程

     

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    电磁感应加热技术,利用法拉第的电磁感应原理,将交变的电流产生交变的磁场,交变的磁场因为导体中磁通量的变化在导体中产生感应电流从而使导体产生热量。电磁感应加热技术首先应用于工业领域,这种加热技术由于加热效率高、节能环保无污染、加热速度快、使用寿命长、安全性好、自动化程度高等优点而得到大力迅速发展。其应用领域随之不断扩大,其应用范围愈来愈广。近些年,随着国家出台各种新能源、绿色能源和环境保护方面的政策法规,节能环保意识已经深入人心,在这种大背景下,电磁感应加热技术无论是在轻工业还是重工业领域都在飞速发展。

     

    电磁感应加热技术应用领域十分广泛,大到冶金、国防事业、机械加工,以及飞机制造、船舶研发、汽车制造行业等,小到室内电磁采暖、加热镀膜、厨房电磁炉等,成为不可或缺的导体加热手段。电磁感应加热技术,以加热盘型感应加热为例,虽然其核心原理是利用电磁感应定律,导致被加热导体自身发热,实际应用中,必须用一定的隔热管包裹在加热管道外部,这样可以将热能充分利用。从节约能源的角度体现出电磁感应加热系统的高度节能。近现代半导体的产生,推动了电磁感应加热系统应用的进步,将其加热的工作频率和工作电压范围都有一定的扩宽,同时其应用功率也相应增大。

     

    虽然电磁感应加热系统,具有高效率、低能耗、加热速度快、绿色环保等特点和优势,但是对电磁感应加热系统的研究还停留在线性模型类,难以掌握实际系统在应用时的非线性特性,导致对应设计的加热系统很难达到对高稳定性、加热均匀的加热效果。对电磁感应加热系统其内部原理深入分析,不但对其理论发展具有一定的推动作用,而且对电磁加热系统的改进增加了更充分的理论支撑。建立相对稳定的加热结构,为系统对应控制的设计奠定了坚实的基础。从控制系统发展的角度考虑,对电磁感应加热系统进行深入的内部剖析,在某种意义上推动了控制理论研究的发展。对电磁感应加热线圈设计的改进具有一定借鉴价值。从加热效率上分析,对电磁感应加热系统进行结构改进和控制策略的研究,其加热效率相对于过去具有一定提高,更充分体现对能源的合理利用。从电磁感应加热系统的加热准确性考虑,再加热线圈结构上进行改进,在给定温度的控制策略上进行优化,使得电磁感应加热系统加热效果更为均匀,能够应用在更多温度控制要求较高的领域,例如镀膜技术等。

     

    综上所述,均匀电磁加热,作为电磁感应加热技术发展的新阶段,在高精度生产领域必定受到越来越多的关注,因此,本文根据实际项目展开对均匀电磁加热控制系统的研究。

     

    技术实现要素:

     

    本发明的目的在于提供一种均匀电磁加热控制方法,以解决上述背景技术中提出的问题。

     

    为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:

     

    一种均匀电磁加热控制方法,包含以下步骤:

     

    A、了解并熟悉现有电磁加热控制系统的控制方法,分析电磁加热系统中电磁场和产生涡流之间的关系;

     

    B、学习SPWM相关控制技术和大滞后温度控制系统的控制方法。对现有方法的不足进行分析,确定出较为合适的控制方案;

     

    C、设计并制作振荡电路板,以及其他硬件选型;

     

    D、设计多线圈多加热点的板式电磁加热盘,配合控制系统进行实验,使之能够达到均热加热。

     

    E、编写DSP程序,控制系统稳定运行,将采集数据通过MATLAB进行仿真,实现参数和设计方案的优化,确定优的控制方案。

     

    作为本发明的进一步技术方案:所述硬件包括IGBT模块和TMS320F28335控制器。

     

    与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明建立完整的均匀电磁感应加热控制系统,完成电磁加热系统的控制方案。将搭设的硬件平台与所编写的软件相结合,设计制作出一套完整的均匀电磁加热实验装置,包括控制器、驱动电路、加热板。进行实验,对采集的数据进行绘制曲线,使各加热点温度误差控制在±6℃范围内,验证改进方案的有效性。

     

    具体实施方式

     

    下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

     

    一种均匀电磁加热控制方法,包含以下步骤:

     

    A、了解并熟悉现有电磁加热控制系统的控制方法,分析电磁加热系统中电磁场和产生涡流之间的关系;

     

    B、学习SPWM相关控制技术和大滞后温度控制系统的控制方法。对现有方法的不足进行分析,确定出较为合适的控制方案;

     

    C、设计并制作振荡电路板,以及其他硬件选型;

     

    D、设计多线圈多加热点的板式电磁加热盘,配合控制系统进行实验,使之能够达到均热加热。

     

    E、编写DSP程序,控制系统稳定运行,将采集数据通过MATLAB进行仿真,实现参数和设计方案的优化,确定优的控制方案。

    硬件包括IGBT模块和TMS320F28335控制器。

     

    本发明的工作原理是:1.本文结合课题背景,分析国内外电磁感应加热控制系统的优缺点,找到现阶段电磁感应加热不均匀的问题所在。分析电磁感应加热机理以及工作过程,深入研究电磁场强度、涡流和产生热量之间的关系,对涡流加热原理建立模型分析。

     

    2.学习SPWM基本理论及相关控制技术,建立离散控制算法,再结合大滞后温度控制系统的控制方法进行研究,制定满足恒温给定的控制策略。

     

    3.设计高频振荡电路,驱动和保护IGBT模块,实现对均匀电磁感应加热的硬件控制。针对加热均匀的多线圈多点加热的电磁加热板进行设计,分析传统的饼式线圈加热存在的加热死区,进行实验研究,不断改进均匀加热。

     

    4.采用TMS320F28335DSP数字控制芯片作为控制器,编写DSP程序,将整体分开成单独的几个模块分别进行设计,每个模块都能正常工作后再进行整合。软件大体上由SPWM触发模块、A/D采样模块、功率保护模块等构成。

     

    5.将采集信息通过串口传递给MATLAB,绘制多点温度随时间变化的曲线,观察各个加热点温度随时间变化的情况。不断进行实验,使各加热点温度误差控制在±6℃的要求范围内。

     

    对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

     

    此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

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