[發(fā)明專利]基于雙層控制的多通道空間均勻加熱控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710644341.6
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN107463144B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳帥;屈玉豐;李冰;楊重陽;焦宗夏;李保勇;姚為;吳凱
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué);北京航星機(jī)器制造有限公司
• 主分類號: G05B19/05
• 分類號: G05B19/05;G05D23/32
• 代理公司: 北京鼎承知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11551
• 代理人: 管瑩;韓德凱

本發(fā)明提供了一種基于雙層控制的多通道空間均勻加熱控制系統(tǒng)，包括：上位機(jī)，通訊主站和下位機(jī)，所述通訊主站負(fù)責(zé)所述上位機(jī)和所述下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，所述下位機(jī)包括多個下位機(jī)子系統(tǒng)，每個所述下位機(jī)子系統(tǒng)均對應(yīng)多個熱電偶、多個變送器、多個調(diào)功器和多個加熱管，每個熱電偶將采集的溫度信號傳輸給對應(yīng)的變送器，變送器處理后傳輸給所述下位機(jī)子系統(tǒng)，所述上位機(jī)對所述下位機(jī)子系統(tǒng)接收的溫度信號進(jìn)行溫度均勻性控制，生成溫度控制指令。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超塑成形技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種基于雙層控制的多通道空間均勻加熱控制系統(tǒng)，用于國內(nèi)大型超塑成形裝備的精確溫度控制。

背景技術(shù)

高馬赫數(shù)飛行器是現(xiàn)代航空航天領(lǐng)域飛行器發(fā)展的主流方向，其主要特點(diǎn)是飛行速度快、機(jī)動性高等。隨著飛行速度的加快以及機(jī)動性的增強(qiáng)，其復(fù)雜外形結(jié)構(gòu)使材料必須滿足耐高溫、輕質(zhì)兩個性能，一般選用鈦合金材料Ti2AlNb。此種材料的復(fù)雜構(gòu)件需要在超塑成形設(shè)備中通過超塑成形工藝(SPF)來實(shí)現(xiàn)。

溫度控制是超塑成形裝備中三大控制系統(tǒng)中的重要組成部分，超塑成形裝備成形溫度通常在1000℃左右，加熱周期長。超塑成形裝備加熱平臺的溫度均勻性對鈦合金等超塑成形產(chǎn)品的性能有著重要的影響。通過對國內(nèi)外超塑成形裝備重要技術(shù)的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)超高溫成形裝備在溫控過程中，精確的溫度控制是產(chǎn)品成形的關(guān)鍵技術(shù)，是產(chǎn)品加工成形的重要前提。

加熱管的工作原理可以描述為由電壓控制設(shè)備——調(diào)功器——輸出帶有控制信息的交流電到加熱管，使得加熱管溫度均勻升至目標(biāo)溫度。

加熱管向平臺傳遞熱量過程中的熱量損失以及加熱平臺與外界的熱交換，必然局部溫度分布不均，從而增加次品率，對設(shè)備也有一定損傷。對加熱溫度進(jìn)行精確控制使得溫度均勻分布，是保證超塑成形產(chǎn)品質(zhì)量的重要前提，因此上述問題亟待解決。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種基于雙層控制的多通道空間均勻加熱控制系統(tǒng)，通過熱電偶(例如K型熱電偶)對溫度進(jìn)行采集，用調(diào)功器調(diào)節(jié)加熱管功率，運(yùn)用上下位機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。通過設(shè)計(jì)溫度均勻性算法和過流保護(hù)算法實(shí)現(xiàn)多通道加熱系統(tǒng)的溫度均勻控制，實(shí)現(xiàn)平臺溫度均勻上升，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明提供一種基于雙層控制的多通道空間均勻加熱控制系統(tǒng)，包括：上位機(jī)，通訊主站和下位機(jī)；所述通訊主站負(fù)責(zé)所述上位機(jī)和所述下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸；所述下位機(jī)包括多個下位機(jī)子系統(tǒng)；每個所述下位機(jī)子系統(tǒng)均對應(yīng)多個熱電偶、多個變送器、多個調(diào)功器和多個加熱管，每個熱電偶將采集的溫度信號傳輸給對應(yīng)的變送器，變送器處理后傳輸給所述下位機(jī)子系統(tǒng)；所述上位機(jī)對所述下位機(jī)子系統(tǒng)接收的溫度信號進(jìn)行溫度均勻性控制，生成溫度控制指令，傳輸給所述下位機(jī)子系統(tǒng)。

其中，所述下位機(jī)子系統(tǒng)可采用PLC或者DSP。

進(jìn)一步地，所述溫度均勻性控制通過溫度均勻性控制算法實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步地，所述溫度均勻性控制算法包括以下步驟：1)將平臺當(dāng)前各區(qū)域的溫度與平臺當(dāng)前的平均溫度進(jìn)行比較，若某區(qū)域的溫度值比所述平臺的平均溫度高出Lit攝氏度(Lit為溫度數(shù)值，即某區(qū)域的溫度值與所述平臺的平均溫度的差值)，則限制該區(qū)域的溫度控制指令，其他區(qū)域的溫度控制指令均正常生成；2)對步驟1)生成的各個區(qū)域的溫度控制指令進(jìn)行判斷，若某區(qū)域的溫度控制指令在溫度下分界點(diǎn)之下，則PID控制器低溫段參數(shù)控制輸出；若某區(qū)域的溫度控制指令不在溫度下分界點(diǎn)之下而是在溫度上分界點(diǎn)之下，則PID控制器中溫段參數(shù)控制輸出；若某區(qū)域的溫度控制指令不在溫度下分界點(diǎn)之下也不在溫度上分界點(diǎn)之下，則PID控制器高溫段參數(shù)控制輸出；3)根據(jù)步驟2)的上述判斷，所述上位機(jī)生成溫度控制指令。

進(jìn)一步地，步驟1)中，在限制該區(qū)域的溫度控制指令的同時，還減緩該區(qū)域的加熱速率。