[發明專利]不確定隨機時滯的電磁感應加熱系統的溫度控制方法

有效

• 申請號: 201711479631.6
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108196607B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 伍春;張修路;尤曉建;呂濤;朱雯君;龍凱;趙志坤;劉成安
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: G05D23/20
• 分類號: G05D23/20
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 鄭健

本發明公開了一種不確定隨機時滯的電磁感應加熱系統的溫度控制方法，包括采用模糊滑動模態控制，控制分為趨近運動階段和滑模運動階段；在趨近運動的前期執行電源保護約束和溫升速率限制約束下的最大功率快速趨近，趨近運動后期采用對數曲線方式接近滑模面，實現系統到達滑模面時抖振較小；滑模運動階段中采用雙滑模切換函數的模糊控制以及切換增益的自適應調整機制，有效削弱抖振，實現穩定控制。滑模控制的過程中使用最小二乘支持向量機學習預測和電磁感應加熱熱平衡建模與分析為滑模控制提供先驗信息，提高電磁感應加熱溫度控制的快速性與穩定性。

技術領域

本發明主要針對在隨機時滯和系統具有不確定性情況下，對電磁感應加熱系統溫度控制方法進行設計，涉及滑動模態控制、基于最小二乘支持向量機的溫度學習預測、電磁感應加熱熱平衡建模與分析。旨在解決電磁感應加熱系統中對加熱目標的準確溫度控制和抖振削弱，屬于自動控制領域。

背景技術

高溫環境在武器研制、能源安全等領域廣泛存在，發展高溫極端條件下的實驗能力，建立高溫條件下武器常用材料沖擊性能試驗系統/裝置和相應的測試方法、數據采集、分析方法及試驗規范，對武器研制、能源安全有重要意義，甚至還可以擴展到基礎研究領域促進相關學科的發展。目前在沖擊實驗中提升樣品初始溫度的方法一般有電阻絲加熱和高頻電磁感應加熱兩種。對于電阻絲加熱方法，由于其能量的傳遞主要依賴于熱傳導，整個加熱過程時間較長并且對加熱均勻性的控制較為困難，而且加熱溫度較低，一般不超過1000K，限制了其應用范圍。相對于電阻絲加熱，高頻電磁感應加熱在原理上可以克服電阻絲加熱技術中加熱時間長、加熱均勻性難以控制的缺點，并且可以加熱到較高的溫度(2000K)，這種加熱方式有著廣闊的應用前景。

在高溫沖擊實驗中，對加熱樣品溫度的準確控制對實驗數據的準確性有重要影響。電磁感應加熱系統中的由于其處理器需要同時執行包括逆變控制、頻率跟蹤、輸入輸出及中間環境的電壓監控，電容器，IGBT逆變器，目標件的溫度監控等多個任務，致使從溫度傳感信息的采集到輸出電流和功率控制命令的執行有時間延遲，且延遲為隨機量。由此，電磁感應加熱系統為隨機時滯系統。將電磁感應加熱系統用于高溫沖擊實驗，對沖擊實驗樣品進行加熱時，樣品位于支撐防護系統中等外部環境中，由外部環境的擾動和電磁感應加熱系統本身的溫度測量誤差等，使高溫沖擊實驗中的電磁感應加熱系統為不確定系統。

針對電磁感應加熱系統等不確定隨機時滯系統，常用的控制方法有離散Lyapunov泛函方法，通過區間分段，利用分段線性函數來代替和逼近完全Lyapunov泛函；參數化模型變換方法，將系統分成時滯無關和時滯相關的兩部分來處理；自由權矩陣方法，引入自由權矩陣代替求解公式中的固定權矩陣，自由權矩陣的最優值由LMI求解。上述常用控制方法主要存在如下的不足：1、假設控制器本身可以精確實現，計算復雜度高，控制器具有脆弱性；2、忽略了系統在外部干擾和檢測誤差下的不確定性，控制方法的穩定性低；3、沒有結合實際的歷史實驗數據，以提高溫度控制的準確度和穩定度。

發明內容

本發明針對電磁感應加熱系統存在隨機時滯和系統不確定性情況下對加熱對象溫度進行準確、穩定控制的困難，提供一種適用于電磁感應加熱系統溫度控制的基于學習預測的模糊滑模控制方法，采用變結構的滑模控制提高控制的穩定性和魯棒性，在控制過程中，設計了模糊滑模函數、自適應切換增益調整等機制以實現快速、準確、穩定的溫度控制。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種不確定隨機時滯的電磁感應加熱系統的溫度控制方法，包括以下步驟：

步驟一、電磁感應加熱系統開始加熱后，首先執行滑動模態控制的趨近運動階段的控制，根據設計的趨近運動階段系統控制輸入函數控制工作，所述趨近運動階段系統控制輸入函數為：