【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于感应加热电源，尤其涉及基于多工况下温度功率闭环感应加热控制方法、系统。
技术介绍
1、由于应用于铝合金、碳钢、不锈钢、特种钢等熔点较高金属的扩孔和挤压加热工艺，而且工件足够大，工件温度在上升的时候存在一定的惯性、温度传感器采集频率的限制、工件表皮氧化等非确定因素，影响加热效果，因此当测量温度临近设定值温度时，在plc控制器中加入了温度pi控制，使工件达到快速、稳定的加热效果。另一方面考虑在常温段，工件加热效果严重受到工件的物理特性影响，其导磁性不断改变，导致负载回路瞬间从弱感性变成容性，此时系统输出大部分为无用功，如果电流频率无法及时追踪谐振点，加热速率就会停滞。因此根据采集的电压电流信息，计算系统功率因数，然后基于加热模式取功率因数均值进行脉冲频率(pfm)调节，使负载重新谐振在弱感性区。总之，温度电流双闭环算法对整个加热系统而言，控制输出的是系统功率，也都是围绕工件加热的需求为目标的。
2、与传统感应加热控制系统相比，温度功率闭环、以及自动跟频控制不仅解决了被加热工件的欠温和过温问题，更解决了导磁性变化金属的加热问题。同时在多线圈并联加热系统中，也解决了工件加热的温度不均匀性问题。
3、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：导磁性变化的金属工件在加热过程中出现欠温或过温问题，以及温度不均匀性问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了基于多工况下温度功率闭环感应加热控制方法、系统。本专利技术提供了一种多线圈并联系统
2、本专利技术是这样实现的，一种基于多工况下温度功率闭环感应加热控制方法，首先，根据工件的长度，选择合适的加热模式，并在温度传感器的低温盲区内全功率加热。然后，通过plc控制器根据各线圈中工件的温度差值进行有效的温度pid跟随控制。如果出现负载失谐，算法会根据电压和电流相位信息计算电源系统负载端的功率因数，并执行变频。当工件温度接近熔融状态时，算法启用温度pid控制，最后在pid保温阶段，plc控制器向dsp控制器发送调节电流的指令，以精确控制加热过程。这种策略整合了温度和功率的多种控制方法，提高了感应加热的精度和效率。
3、进一步，所述基于多工况下温度功率闭环感应加热控制方法包括：
4、s1，根据工件的长短，选择合适的加热模式，并在温度传感器低温盲区内，只根据设定参数全功率加热，除进行必要的过流过压保护外，不进行任何控制；
5、s2，温度传感器识别工件温度后，plc控制器根据各线圈中工件温度差值进行有效的温度pid跟随控制；
6、s3，出现负载失谐时，根据采集的电压和电流相位信息计算电源系统负载
7、端的功率因数，实施变频；
8、s4，当工件温度临近熔融状态时，采用温度pid控制算法；
9、s5，在pid保温阶段，通过plc控制器给dsp控制器发送调节电流调制度输出指令。
10、进一步，所述s3中对于碳钢、不锈钢等导磁性变化的金属材料，在居里点之前，若逆变输出电流频率无法匹配谐振点，负载将失谐，其谐振状态迅速从感性变为容性，工件会出现回温。
11、进一步，所述基于多工况下温度功率闭环感应加热控制方法的功率调节分为两部分，包括：
12、(1)被加热工件导磁特性稳定，在整个加热过程中负载工作频率维持不变；
13、(2)针对导磁性易受温度影响的金属，在工件加热过程中，由于工件导磁性变化，影响其在负载回路中的阻抗特性。
14、进一步，对于(1)，采用调节调制度m值的方法，建立输出电流幅值与调制比的关系，在闭环控制中，通过控制调制比的大小改变逆变器的输出。
15、进一步，对于(2)，并联多区系统可以采用功率因数平均阈值法，采用多区同步pfm调制法闭环控制，并且维持系统在较高的功率因数下稳定运行，达到调功的目的。
16、进一步，所述基于多工况下温度功率闭环感应加热控制方法的温度控制分为两部分，包括：
17、1)正常加热时，控制器根据每个线圈中工件的温度差值进行温度外环调控；
18、2)临近设定温度时，由于工件温度在上升的时候存在一定的非确定因素，导致工件过温或者欠温。
19、进一步，对于1)当温度差值达到一定阈值后，加热速度快的线圈通过dsp控制器适当降低加热速度，而使相对较慢的线圈能够提升加热速度，保持每个线圈输出功率不会引起工件回温。
20、进一步，对于2)通过温度pid分段控制，使其稳定到达设定点，且发送恒温相关参数到各电源控制器，直至保温结束。
21、本专利技术的另一目的在于提供一种基于多工况下温度功率闭环感应加热控制系统，该系统包括：
22、温度传感器模块，用于识别工件温度；
23、plc控制器模块，用于根据各线圈中工件温度差值进行有效的温度跟随控制，使工件在整个加热过程中每个部分的温度均匀变化；
24、dsp控制器模块，用于调节电流调制度和实施变频，使工件处于加热或恒温状态。
25、逆变器模块，用于最终的功率输出，以实现对工件的加热。
26、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
27、第一，本专利技术通过设计温度跟随式和基于功率因数变频控制算法来保证工件加热整体均温性一致，提供了一种多线圈并联系统温度跟随、功率因数变频的控制算法，提高工件的加热速率、均温性，以及成品的质量。
28、本专利技术加热速度快，均温性好，适应负载能力强。
29、本专利技术plc控制器根据各线圈中工件温度差值进行有效的温度跟随控制，使工件在整个加热过程中每个部分的温度都是均匀变化的。
30、本专利技术通过计算电源系统负载端的功率因数，实施变频，使其保持在正常工作状态，并且维持较大功率输出。
31、本专利技术采用温度pid算法，使工件不发生过温或者欠温，且每个部分温度均匀性较好。
32、本专利技术通过plc控制器给dsp控制器发送调节电流调制度输出指令，而使工件维持恒温状态。
33、第二，本专利技术的技术方案填补了国内外业内技术空白：根据湖北省机电检索中心和湖北省机械工业情报站的科技查新报告(编号：220473422)，本技术方案的自适应变频主动逆变控制技术，本系统可以根据功率因素或者有功功率实现自适应变频以满足不同材料的加热需求。多区并联感应加热技术可以满足不同长度材料的加热需求，降低加热较短材料时的功耗，帮助企业节能减排，降低使用成本。多区并联感应加热每个线圈功率可调，加热温度可调，从而可以实现梯度加热，有利于提高金属加工工艺和产品质量。
34、本专利技术的技术方案解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：现有技术存在的问题及缺陷为：导磁性变化的金属工件在加热过程中出现欠温或过温本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多工况下温度功率闭环感应加热控制方法，其特征在于，首先，根据工件的长度，选择合适的加热模式，并在温度传感器的低温盲区内全功率加热；然后，通过PLC控制器根据各线圈中工件的温度差值进行有效的温度PID跟随控制；如果出现负载失谐，算法会根据电压和电流相位信息计算电源系统负载端的功率因数，并执行变频；当工件温度接近熔融状态时，算法启用温度PID控制，最后在PID保温阶段，PLC控制器向DSP控制器发送调节电流的指令，以精确控制加热过程。
2.如权利要求1所述的基于多工况下温度功率闭环感应加热控制方法，其特征在于，包括：
3.如权利要求2所述的基于多工况下温度功率闭环感应加热控制方法，其特征在于，所述S3中对于碳钢、不锈钢等导磁性变化的金属材料，在居里点之前，若逆变输出电流频率无法匹配谐振点，负载将失谐，其谐振状态迅速从感性变为容性，工件会出现回温。
4.如权利要求2所述的基于多工况下温度功率闭环感应加热控制方法，其特征在于，所述基于多工况下温度功率闭环感应加热控制方法的功率调节分为两部分，包括：
5.如权利要求3所述的基于多工
6.如权利要求4所述的基于多工况下温度功率闭环感应加热控制方法，其特征在于，对于(2)，并联多区系统可以采用功率因数平均阈值法，采用多区同步PFM调制法闭环控制，并且维持系统在较高的功率因数下稳定运行，达到调功的目的。
7.如权利要求2所述的基于多工况下温度功率闭环感应加热控制方法，其特征在于，所述基于多工况下温度功率闭环感应加热控制方法的温度控制分为两部分，包括：
8.如权利要求7所述的基于多工况下温度功率闭环感应加热控制方法，其特征在于，对于1)当温度差值达到一定阈值后，加热速度快的线圈通过DSP控制器适当降低电流数值，而使相对较慢的线圈能够提升加热速度，保持每个线圈输出功率不会引起工件回温。
9.如权利要求7所述的基于多工况下温度功率闭环感应加热控制方法，其特征在于，对于2)通过温度PID分段控制，使其稳定到达设定点，且发送恒温相关参数到各电源控制器，直至保温结束。
10.如权利要求1～9任一项所述的一种基于多工况下温度功率闭环感应加热控制系统，其特征在于，该系统包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于多工况下温度功率闭环感应加热控制方法，其特征在于，首先，根据工件的长度，选择合适的加热模式，并在温度传感器的低温盲区内全功率加热；然后，通过plc控制器根据各线圈中工件的温度差值进行有效的温度pid跟随控制；如果出现负载失谐，算法会根据电压和电流相位信息计算电源系统负载端的功率因数，并执行变频；当工件温度接近熔融状态时，算法启用温度pid控制，最后在pid保温阶段，plc控制器向dsp控制器发送调节电流的指令，以精确控制加热过程。
2.如权利要求1所述的基于多工况下温度功率闭环感应加热控制方法，其特征在于，包括：
3.如权利要求2所述的基于多工况下温度功率闭环感应加热控制方法，其特征在于，所述s3中对于碳钢、不锈钢等导磁性变化的金属材料，在居里点之前，若逆变输出电流频率无法匹配谐振点，负载将失谐，其谐振状态迅速从感性变为容性，工件会出现回温。
4.如权利要求2所述的基于多工况下温度功率闭环感应加热控制方法，其特征在于，所述基于多工况下温度功率闭环感应加热控制方法的功率调节分为两部分，包括：
5.如权利要求3所述的基于多工况下温度功率闭环感应加热控制方法，其特征在于，对于(1)，采用...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄海波，高刃，卢军，赵熠，隋纪祥，孙帆，程诗卿，简炜，蔡烁，吕文举，孔玉林，肖世伟，陈会哲，吕子涵，
申请(专利权)人：湖北汽车工业学院，
类型：发明
国别省市：
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