[发明专利]不确定随机时滞的电磁感应加热系统的温度控制方法

说明书

本发明公开了一种不确定随机时滞的电磁感应加热系统的温度控制方法，包括采用模糊滑动模态控制，控制分为趋近运动阶段和滑模运动阶段；在趋近运动的前期执行电源保护约束和温升速率限制约束下的最大功率快速趋近，趋近运动后期采用对数曲线方式接近滑模面，实现系统到达滑模面时抖振较小；滑模运动阶段中采用双滑模切换函数的模糊控制以及切换增益的自适应调整机制，有效削弱抖振，实现稳定控制。滑模控制的过程中使用最小二乘支持向量机学习预测和电磁感应加热热平衡建模与分析为滑模控制提供先验信息，提高电磁感应加热温度控制的快速性与稳定性。

技术领域

本发明主要针对在随机时滞和系统具有不确定性情况下，对电磁感应加热系统温度控制方法进行设计，涉及滑动模态控制、基于最小二乘支持向量机的温度学习预测、电磁感应加热热平衡建模与分析。旨在解决电磁感应加热系统中对加热目标的准确温度控制和抖振削弱，属于自动控制领域。

背景技术

高温环境在武器研制、能源安全等领域广泛存在，发展高温极端条件下的实验能力，建立高温条件下武器常用材料冲击性能试验系统/装置和相应的测试方法、数据采集、分析方法及试验规范，对武器研制、能源安全有重要意义，甚至还可以扩展到基础研究领域促进相关学科的发展。目前在冲击实验中提升样品初始温度的方法一般有电阻丝加热和高频电磁感应加热两种。对于电阻丝加热方法，由于其能量的传递主要依赖于热传导，整个加热过程时间较长并且对加热均匀性的控制较为困难，而且加热温度较低，一般不超过1000K，限制了其应用范围。相对于电阻丝加热，高频电磁感应加热在原理上可以克服电阻丝加热技术中加热时间长、加热均匀性难以控制的缺点，并且可以加热到较高的温度(2000K)，这种加热方式有着广阔的应用前景。

在高温冲击实验中，对加热样品温度的准确控制对实验数据的准确性有重要影响。电磁感应加热系统中的由于其处理器需要同时执行包括逆变控制、频率跟踪、输入输出及中间环境的电压监控，电容器，IGBT逆变器，目标件的温度监控等多个任务，致使从温度传感信息的采集到输出电流和功率控制命令的执行有时间延迟，且延迟为随机量。由此，电磁感应加热系统为随机时滞系统。将电磁感应加热系统用于高温冲击实验，对冲击实验样品进行加热时，样品位于支撑防护系统中等外部环境中，由外部环境的扰动和电磁感应加热系统本身的温度测量误差等，使高温冲击实验中的电磁感应加热系统为不确定系统。

针对电磁感应加热系统等不确定随机时滞系统，常用的控制方法有离散Lyapunov泛函方法，通过区间分段，利用分段线性函数来代替和逼近完全Lyapunov泛函；参数化模型变换方法，将系统分成时滞无关和时滞相关的两部分来处理；自由权矩阵方法，引入自由权矩阵代替求解公式中的固定权矩阵，自由权矩阵的最优值由LMI求解。上述常用控制方法主要存在如下的不足：1、假设控制器本身可以精确实现，计算复杂度高，控制器具有脆弱性；2、忽略了系统在外部干扰和检测误差下的不确定性，控制方法的稳定性低；3、没有结合实际的历史实验数据，以提高温度控制的准确度和稳定度。

发明内容

本发明针对电磁感应加热系统存在随机时滞和系统不确定性情况下对加热对象温度进行准确、稳定控制的困难，提供一种适用于电磁感应加热系统温度控制的基于学习预测的模糊滑模控制方法，采用变结构的滑模控制提高控制的稳定性和鲁棒性，在控制过程中，设计了模糊滑模函数、自适应切换增益调整等机制以实现快速、准确、稳定的温度控制。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种不确定随机时滞的电磁感应加热系统的温度控制方法，包括以下步骤：

步骤一、电磁感应加热系统开始加热后，首先执行滑动模态控制的趋近运动阶段的控制，根据设计的趋近运动阶段系统控制输入函数控制工作，所述趋近运动阶段系统控制输入函数为：