Оптимальное по быстродействию и энергопотреблению управление процессом индукционного нагрева стали

Аннотация

В статье рассмотрен процесс сквозного индукционного нагрева стальной заготовки цилиндрической формы перед последующей операцией прессования, широко распространенный в промышленности при изготовления полых и сплошных изделий сложного профиля, которые невозможно получить с применением других видов обработки металла. Ввиду пространственной протяженности управляемой функции состояния – температурного поля нагреваемой заготовки, процесс индукционного нагрева рассматривается как объект с распределенными параметрами. Приводятся постановки задач оптимального управления по критериям быстродействия и минимума энергопотребления. Решение поставленных задач проводится с применением альтернансного метода, опирающегося на качественные свойства температурного распределения в конце оптимального процесса. Альтернансный метод позволяет свести решение задачи оптимального по соответствующему критерию качества управления к решению системы трансцендентных уравнений, которая является замкнутой относительно всех неизвестных параметров процесса индукционного нагрева. Системы уравнений решаются с применением численной модели, разработанной в программном продукте Altair FLUX, позволяющем моделировать низкочастотные электромагнитные и тепловые процессы. Особенностью решаемой в данной статье задачи является то, что полученная оптимальная в классе двухинтервальных управлений программа изменения во времени напряжения на источнике питания индукционной нагревательной системы позволяет осуществлять нагрев стальной цилиндрической заготовки за минимально возможное время при минимально возможных энергетических затратах.