电线加塑恒张力模糊变结构控制系统的研究

论文摘要

在电线电缆的绝缘加塑生产过程中,张力控制是极其重要的一环。良好的张力控制性能指标能够确保产品质量,提高生产效率。20世纪60年代,美国加利福尼亚大学著名教授、控制论学者L.A.Zadeh提出了一种新型的控制算法,即模糊控制。其控制算法结构简单,系统的控制性能不依赖于被控对象的数学模型,从而使系统的设计几乎与被控对象无关,可用于单变量系统和多变量系统以及非线性系统,在工业过程控制中有广泛的应用发展前景。本论文基于模糊控制算法,针对电线绝缘加塑过程中收卷和放卷张力系统存在时变、多干扰等特点,进行了基于模糊变结构控制的电线加塑恒张力控制仿真和相关的实验研究。首先,论文分析了卷绕过程中影响张力变化的因素,比较了几种张力控制方式的优缺点后,介绍了一种间接——直接复合控制方法。在建立张力阶段,采用电流、转速双闭环PI控制,实现快速建立张力;小范围张力调整阶段,采用模糊控制算法,实现恒张力闭环控制,通过模糊控制来提高系统的响应速度和鲁棒性。其次,简要介绍了模糊控制概述,并给出了模糊控制器的一般设计步骤。根据实际的被控对象的要求,进行了恒张力基本模糊控制器的设计,给出了控制算法的计算步骤。再次,以电线加塑生产线为对象,对卷取张力控制系统进行了数学模型的分析和仿真研究。在分别建立了卷取张力、直流电动机、功率驱动部分的数学模型后,进行了电流调节器、转速调节器、张力调节器的设计并进行了仿真分析。通过仿真结果分析验证论文提出的控制方案的有效性。最后,设计了以美国TI公司生产的TMS320LF2407A DSP芯片为主控单元,辅以相应外围设备(包括检测模块,光电隔离模块,功率驱动模块等部分)为张力控制系统的实现方案;利用DSP集成开发环境CCS 2.2,采用C语言和汇编语言混合编译的方法进行控制程序的开发,通过串行通讯的方式将DSP与上位机相连,采用Visual Basic开发上位机监控系统。通过相关的实验研究,验证了本课题提出的实现方案的有效性和可行性。这也为先进的控制方法应用到实际生产过程提供了参考,具有非常重要的实际意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 课题研究综述
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 电线加塑生产线工艺介绍
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 课题研究的内容和特点
• 2 电线加塑过程的张力系统分析
• 2.1 张力控制系统原理
• 2.1.1 间接张力控制
• 2.1.1.1 间接张力控制的原理
• 2.1.1.2 间接张力控制的方法
• 2.1.1.3 间接张力控制动态力矩的补偿
• 2.1.2 直接张力控制
• 2.1.3 复合控制
• 2.2 张力系统分析
• 2.2.1 张力的产生
• 2.2.2 收卷过程分析
• 2.2.3 放卷过程分析
• 2.3 电线加塑张力控制综合分析
• 2.4 本章小结
• 3 模糊控制的概述及模糊控制器的设计
• 3.1 模糊控制理论的概述
• 3.1.1 模糊控制理论的产生及研究现状
• 3.1.2 模糊控制的应用成果及发展前景
• 3.1.3 模糊控制的特点及基本模糊控制器的组成
• 3.1.3.1 模糊控制的特点
• 3.1.3.2 基本模糊控制器的组成
• 3.2 模糊控制器的设计
• 3.2.1 精确量的模糊化
• 3.2.2 建立模糊控制规则进行模糊推理
• 3.2.3 输出模糊判决
• 3.3 张力基本模糊控制的建立
• 3.3.1 张力控制系统的特性
• 3.3.2 张力环模糊控制器的设计
• 3.4 本章小结
• 4 电线加塑张力控制系统的模型建立与仿真分析
• 4.1 被控对象模型的建立
• 4.1.1 卷取张力动态模型
• 4.1.2 直流电动机数学模型
• 4.1.3 功率驱动环节
• 4.2 仿真分析
• 4.2.1 电流调节器的设计
• 4.2.2 张力调节器的设计
• 4.2.3 仿真分析
• 4.3 本章小结
• 5 基于DSP 的电线加塑恒张力控制系统的设计
• 5.1 电线加塑自动化生产线控制系统概述
• 5.1.1 系统概述
• 5.1.2 系统检测仪表配置
• 5.2 基于DSP 的张力控制系统
• 5.2.1 DSP 简介
• 5.2.1.1 DSP 的基本结构和主要特征
• 5.2.1.2 TI 公司 TMS320 系列简介
• 5.2.2 张力控制系统的组成
• 5.2.3 系统的硬件选型设计
• 5.2.3.1 电源部分
• 5.2.3.2 功率驱动电路
• 5.2.3.3 电流检测电路
• 5.2.3.4 电压检测电路
• 5.2.3.5 张力检测
• 5.2.3.6 转速检测
• 5.2.3.7 与上位机通讯电路
• 5.2.3.8 其它电路
• 5.2.4 系统的软件设计
• 5.2.4.1 数字调节器
• 5.2.4.2 数字滤波
• 5.2.4.3 系统初始化
• 5.2.4.4 PWM 信号生成
• 5.2.4.5 人机接口
• 5.2.4.6 系统程序流程图（下位机部分）
• 5.3 与实现方案相关的实验设计
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢