研究工业炉现状及发展趋势

加热工业炉作为工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后的一个系统，其数学模型相对来说较难的建立，现阶段对其描述多靠定性和局部的定量表达来完成。而其中还有许多不稳定因素，如空气、煤气压力值和燃料发热值的频繁波动，各变量之间会相互耦合、相互干扰，虽不占主导地位，但对加热炉的正常生产不可忽略。采用常规理论和方法进行控制效果不够理想，通常还需辅以操作工的看火经验来调节控制。在一定程度上，操作工的经验成为一种不可缺少的控制因素。目前，炉温优化控制绝大多数还是采用温度流量双闭环PID控制器，控制精度差，超调严重，升降温速度慢。神经网络、模糊控制、专家系统、自适应控制等智能化技术的出现为加热炉炉温控制提供了新的方法和思路，但多停留在理论研究和仿真研究阶段。

自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果，在这方面，以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表，并在各行业广泛应用。它们主要具有如下的特点：

适应于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统的控制。

能够适应于受控系统数学模型难以建立的温度控制系统的控制。

能够适应于受控系统过程复杂、参数时变的温度控制系统的控制。

这些温度控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理论及计算机技术，运用先进的算法，适应的范围广泛。

普遍温控器具有参数自整定功能。借助计算机软件技术，温控器具有对控制对象控制参数及特性进行自动整定的功能。有的还具有自学习功能，它能够根据历史经验及控制对象的变化情况，自动调整相关控制参数，以保证控制效果的最优化。

温度控制系统具有控制精度高、抗干扰力强、鲁棒性好的特点。

温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。目前，我国在这方面总体技术水平处于20世纪80年代中后期水平，成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变温度系统。而适应于较高控制场合的智能化、自适应控制器，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制器较少。

目前对加热炉对象的研究集中于空燃比控制和钢温的预测控制，加热炉的温度对象因为可以近似认为是一阶惯性环节，所以现场广泛应用PID控制方法。虽然近年来很少有人再研究加热炉的炉温控制，但这并不表明炉温控制不存在问题，控制算法已经没有改进空间。相反，因为加热炉的炉温对象是一个大惯性、大滞后、强干扰、慢时变的系统，用传统PID控制的效果差强人意，但还存在控制精度差、超调量大等问题，有待于进一步改进。