基于BP神经网络的工业缝纫机控制系统的研究

论文摘要

中国是纺织大国,同时也是世界上工业缝纫机的主要生产基地。现在先进的工业缝纫机控制系统以DSP为控制核心,集光、电、磁等检测和控制技术于一体,逐渐取代了传统的离合式异步电机缝纫机。本文根据平缝机启动快,调速范围广、停转快以及定位精确等要求,设计和研制了实验样机,经过多次改版调试,已经可以进行大批量的产业化生产。本论文主要完成了以下几方面工作：(1)考虑到工业平缝机控制系统是一个滞后、时变、非线性的控制系统,在分析无刷直流电机结构和数学模型的基础上,提出了BP神经网络整定参数的PID控制算法,并进行了MATLAB仿真和实验。(2)完成了控制系统的软硬件设计。硬件包括DSP主控电路及周边电路,电源、驱动电路、电机信号检测电路以及脚踏板电路等。然后针对工业平缝机的多项功能,在程序的设计中对各项子功能进行了模块化设计(3)测试了控制系统的调速性能和停针位置,将采用神经网络整定参数的PID控制器与传统的PID控制器调速效果进行了对比。测试了所研制的平缝机控制器的综合性能,满足了实际的应用需求。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 工业缝纫机行业的发展背景
• 1.2 工业平缝机的发展状况
• 1.3 工业平缝机伺服控制系统的介绍
• 1.4 无刷直流电机的结构
• 1.5 无刷直流电机的数学模型
• 1.6 无刷直流电机的运行和控制原理
• 1.7 无刷直流电机的控制技术的研究现状
• 1.8 本论文的主要工作
• 1.9 本章小结
• 2. 控制系统的硬件电路设计
• 2.1 控制器硬件系统的总体设计
• 2.2 DSP芯片的介绍和其控制电路设计
• 2.3 功率电路设计
• 2.3.1 AC-DC整流电路的设计
• 2.3.2 开关电源电路的设计
• 2.3.3 驱动电路的设计
• 2.4 主要外围电路的设计
• 2.5 本章小结
• 3. 基于BP神经网络的无刷直流电机控制系统的研究
• 3.1 数字PID的原理和应用
• 3.2 采用神经网络算法整定的PID控制器
• 3.2.1 神经网络的发展和应用
• 3.2.2 BP神经网络
• 3.2.3 采用BP神经网络整定参数的PID控制器
• 3.3 无刷直流电机控制系统的Matlab仿真
• 3.3.1 Matlab和Simulink的介绍
• 3.3.2 无刷直流电机控制器Simulink下的电路模型
• 3.3.3 电机信号编码器的Simulink设计
• PID模块的设计'>3.3.4 BP_PID模块的设计
• 3.3.5 Matlab仿真的结果
• 3.4 本章小结
• 4. 控制系统的软件设计
• 4.1 DSP软件开发环境介绍
• 4.2 控制系统主程序设计
• 4.3 功能子程序设计
• 4.3.1 无刷直流电机PWM调制方式的研究和程序设计
• 4.3.1.1 无刷直流电机的电磁转矩脉动
• 4.3.1.2 无刷直流电机的PWM调制方式
• 4.3.1.3 换相期间PWM调制方式对转矩脉动的影响
• 4.3.1.4 PWM调制方式对非换相期间转矩的影响
• ON_PWM调制方式'>4.3.1.5 一种新型的PWM_ON_PWM调制方式
• ON_PWM调制方式的编程实现'>4.3.1.6 PWM_ON_PWM调制方式的编程实现
• 4.3.2 PID调速模块的程序设计
• 4.3.3 脚踏板信号处理子程序
• 4.3.4 电机的制动和停针模块子程序设计
• 4.4 本章小结
• 5. 平缝机控制系统的测试
• 5.1 控制系统电路板实物图
• 5.2 控制器调速性能的测试
• 5.3 控制器制动和停针测试
• 5.4 变负载时的转速稳定性测试
• 5.5 电压波动时的转速稳定性测试
• 5.6 控制器性能参数的综合测试
• 5.7 本章小结
• 6. 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 作者简历
• 1. 学习简历
• 2. 发表文章