Сборник научных трудов ДонГТУ

Статья

Наименование Тепловая линейная модель процесса индукционного нагрева неподвижной цилиндрической заготовки
Авторы Ушаков В. И., к.т.н., с.н.с.
Морозов Д. И., к.т.н., доц.
Цодик И. А., к.т.н., доц.
Ушаков Д. В., аспирант
Раздел Электротехника. Радиотехника
Год 2015 Выпуск 44 Страницы 81 - 90
УДК 621.365.5
Аннотация Показано, что в модели тепловых процессов индукционного нагрева цилиндрическая заготовка может быть представлена как система четырех тел. Разработана методика определения параметров линейной упрощенной тепловой модели в пространстве состояний. Процессы изменения температуры заготовки, полученные на упрощенной модели с достаточной точностью совпадают с процессами, полученными на конечно-элементной модели, реализованной в мультифизическом пакете программ Comsol.
Реферат Цель. Определение математического описания процессов индукционного нагрева неподвижной цилиндрической заготовки в виде системы линейных дифференциальных уравнений.
Методика. Разработана конечно-элементная пространственно-временная модель тепловых процессов системы «индуктор-заготовка» и получены процессы изменения температур в четырех наиболее показательных точках заготовки. На основе данных изменения температуры, используя метод наименьших квадратов, определены коэффициенты линейной модели. Произведено сравнение процессов в конечно-элементной модели и линейной модели с найденными параметрами при различных мощностях нагрева.
Результаты. Доказано, что тепловые процессы индукционного нагрева в системе «цилиндрическая заготовка – индуктор» с достаточной точностью могут быть описаны системой линейных дифференциальных уравнений в пространстве состояний при упрощенном представлении заготовки в виде четырех обменивающихся теплом тел. Разработана методика определения параметров линейной тепловой модели и оформлена в виде программного кода в пакете MATLAB.
Научная новизна. В работе на базе метода наименьших квадратов предложена методика определения коэффициентов линейной системы дифференциальных уравнений заданного вида – с требуемой конфигурацией матрицы состояния.
Практическая значимость. Разработанная линейная модель процессов нагрева может применяться для разработки программы зонного индукционного нагрева и синтеза управлений. На базе линейной модели может быть построен наблюдатель процессов изменения температуры в реальных нагревательных комплексах.
Ключевые слова индукционный нагрев, индуктор, пространственно-временная модель, заготовка, линейная модель в пространстве состояний.
Полный текст