浙江理工大学学报 ，第 ２５ 卷 ，第 ５ 期 ，２００８ 年 ９ 月
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｓｃｉ‐Ｔｅｃｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｖｏｌ ．２５ ，Ｎｏ ．５ ，Ｓｅｐｔ ．２００８
文章编号 ：１６７３‐３８５１ （２００８） ０５‐０６０６‐０５
收稿日期 ：２００８ － ０３ － １３
作者简介 ：邢 伟（１９８２ － ） ，男 ，浙江三门人 ，硕士研究生 ，主要从事智能控制与非线性控制的研究 。
电 阻 炉 智 能 温 度 控 制 系 统 的 设 计 与 仿 真 研 究
邢 伟 ，潘海鹏
（浙江理工大学机械与自动控制学院 ，杭州 ３１００１８）
摘 要 ：以电阻炉为控制对象 ，采用机理分析法对电阻炉加温时的温度对象进行了分析 ，得到电阻炉的数学模
型 。 针对电阻炉实际生产过程对温度控制的要求及其所具有的时滞性 、非线性 、模型结构不确定等特点 ，结合模糊
控制技术和常规 ＰＩＤ 控制方法 ，组成模糊自整定 ＰＩＤ 控制器 。 运用 ＭＡＴＬＡＢ 软件的 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 建立电阻炉温度控
制系统的仿真模型 ，并分别用常规 ＰＩＤ 控制 、常规模糊控制和模糊自整定 ＰＩＤ 控制对电阻炉温控系统进行仿真实
验 。 仿真结果表明 ，采用模糊自整定 ＰＩＤ 控制方案 ，系统的适应能力更强 ，控制精度更高 ，动态性能更好 ，具有一定
的推广价值 。
关键词 ：电阻炉 ；温度控制 ；模糊自整定 ＰＩＤ ；仿真
中图分类号 ：ＴＰ２７４ 文献标识码 ：Ａ
０ 引 言
电阻炉是工业生产中常用的电加热设备 ，广泛应用于冶金 、机械 、建材等行业 。 随着控制技术的日新月
异 ，对电阻炉温度控制的要求也越来越高 。 电阻炉温度控制系统常用的控制技术有 ＰＩＤ 控制 ，模糊控制技
术等 。 但由于电阻炉是一个时变的 、大滞后的被控对象 ，且升温具有单向性 ，很难建立精确的数学模型
［１］
。
采用传统的 ＰＩＤ 控制 ，由于其参数固定 ，不能及时跟踪对象特性的变化 ，控制效果往往不佳
［２‐３］
。 模糊控制
虽然不需要被控对象的精确描述 ，比较适合电阻炉温度控制 ，但常规模糊控制算法稳态误差较大
［４］
。
针对上述问题 ，提出一种自整定模糊 ＰＩＤ 的控制方案 ，以常规 ＰＩＤ 调节为基础 ，结合模糊控制的思想 ，
根据电阻炉特性的变化 ，建立以偏差 ｅ 、偏差变化率 ｅｃ 为输入 ，ＰＩＤ 控制参数 Ｋ
Ｐ
、Ｋ
Ｉ
和 Ｋ
Ｄ
为输出的模糊控制
规则 ，通过模糊推理与决策 ，进行模糊输出 ，自动修改 ＰＩＤ 参数 ，以取得最佳控制效果 。
１ 电阻炉温控系统的数学建模
从实际应用中 ，可以知道电阻炉是一种能自衡的对象 ，将电阻炉炉膛内的温度作为惟一变量 ，可以写出
它的常微分方程 。当电阻炉炉膛温度稳定时 ，则某一时刻加热元件发出的热量 Ｑ
ｔ
应该等于该时刻炉膛中积
累的热量 Ｑ
１
和通过炉体散失掉的热量 Ｑ
２
之和 ，即 ：
Ｑ
ｔ
＝
Ｑ
１
＋
Ｑ
２
（１）
Ｑ
１
、Ｑ
２
可用下面两个式子表示 ：
Ｑ
１
＝
Ｃ
ｄ Ｔ
Ｋ
ｄｔ
（２）
Ｑ
２
＝
Ｔ
Ｋ
－
Ｔ
０
Ｒ
（３）
式中 ：Ｃ 为电阻炉的热容量 ；Ｔ
Ｋ
为炉内温度 ；ｔ 为烧结时间 ；Ｔ
０
为环境温度 ；Ｒ 为电阻炉的阻值（绝缘材料
及炉内 、外流动气体产生的） 。
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