连续烧结炉温度场分析及温控专家系统的开发

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金属粉末注射成形技术(Metal Injection Molding,简称MIM)是近年来粉末冶金学科和工业中发展较快的领域。随着MIM技术的规模产业化,MIM产业的全面发展更需要通过生产设备来提高企业的生产效率。正确选择和使用MIM生产过程中的各种设备,可提高产品的质量、产量以及劳动生产率,加速产业化发展。在此基础上,提出连续烧结设备的概念。 连续式烧结炉由多个炉段组成,各个炉段之间在烧结过程中存在耦合,同时还受到气氛、炉门等因素的影响使得温度控制精度较低。正是由于连续烧结炉具有典型的大滞后、非线性、强耦合等复杂特点,所以很难建立起精确的数学模型来实现连续烧结炉温度的精确控制。同时影响MIM烧结零件质量的一个关键因素是温度控制精度,烧结温度的一个微小变化就会导致零件的密度变化,甚至局部表面熔化。因此,提高连续烧结炉温度控制精度,对降低零件的损坏率,减少能源浪费起到很重要的作用。智能控制技术不需要有精确的数学模型作为基础,适合应用于像连续烧结炉温度控制这样的复杂系统。论文在对多炉段连续烧结炉温度场分析的基础上,将专家控制系统应用到连续烧结炉温度控制中,提高了控制精度和烧结产品质量,节约了资源,具有一定的工程实用价值和学术理论研究价值。 论文首先阐述了传热学和有限元分析方法的基础理论知识。利用ANSYS的热分析功能模块,对连续烧结炉温度场进行分析:分析了气体因素影响下高温烧结段温度场分布、炉门开关因素下低温段温度场分布;前区在加热时和不加热时对当前分析区温度场的影响以及后区加热时和不加热时对其温度场的影响,得到各种情况下的烧结炉温度场分布。分析结果得到的数据为专家系统的构建提供了依据,也对提高连续烧结炉温度控制精度有一定的指导作用。其次论述了专家控制基础理论,主要包括专家控制的基本思想、目标与实现、专家控制系统的特点和分类以及专家控制系统的结构。在分析专家控制系统的基础上,借鉴专家控制在其他领域应用的成功实例,结合实际工程项目,将专家控制系统应用于连续烧结炉温控系统的可行性进行了论证。重点介绍了连续烧结炉专家控制系统的构建:专家系统数据库的设计,根据所获得的知识在Microsoft access 2000环境下建立知识库,分别用来存储温度场分析结果、推理结果和真实历史数据值;采用产生式规则编写连续烧结炉专家控制系统规则;采用C++代码构建专家控制系统推理机模块,形成控制策略,从而完成专家控制系统推理机的设计。论文最后介绍了连续烧结炉的组态监控设计,利用ODBC技术解决专家系统数据库与组态监控之间的数据通信问题,实现了两者的集成运行。从而实现了控制网络与信息网络、信息网络与专家控制系统数据库数据的链接、交换;构造的人机界面生动、友好,充分满足工程需要。
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