基于模糊自适应PID控制器的开卷张力控制系统研究

论文摘要

张力控制的好坏在开卷和卷取过程中具有十分重要的意义,本文结合宝钢2050热轧精整横切线改造项目,得出张力控制的效果将是提高产品的合格率,改善产品品质的关键措施,开卷段自动控制的主要任务就是带钢的恒张力控制,它是开卷段控制的核心部分,本文选定开卷机张力控制系统为本课题主要的研究对象。本文首先介绍了系统的硬件设备,介绍了硬件之间的通讯和控制方式。然后分析了影响张力计算精度的两个重要因素----卷径和惯性力矩的计算方法。其次,分析了开卷机张力控制系统,结合开卷张力控制系统参数时变的变化规律,研究探讨了模糊自适应PID控制算法在张力控制系统中的应用,分别介绍了张力产生的原理及典型PID控制算法和模糊控制的基本理论知识,通过将两者的优点结合,提出将模糊自适应PID控制策略引入到带钢间接张力控制中,以MATLAB为工具,对模糊自适应PID张力控制系统进行了仿真分析。仿真结果证实了用模糊自适应PID控制系统代替原有的常规PID控制的恒线速度张力控制系统的有效性和可行性,较好地消除了系统参数变化对系统性能产生的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 张力控制简介
• 1.2 张力控制的发展历史
• 1.3 基于恒线速度的张力控制系统介绍
• 1.4 本文课题背景与主要任务
• 第2章 开卷机张力控制系统分析
• 2.1 工艺流程及控制方案概述
• 2.1.1 2050生产工艺介绍
• 2.1.2 2050薄板纵切机组控制方案
• 2.2 开卷部分系统构成
• 2.3 系统硬件设计
• 2.3.1 PLC主站
• 2.3.2 Profibus-DP总线系统
• 2.3.3 西门子直流控制器6RA70
• 2.3.4 分布式I/O从站
• 2.3.5 通讯模块CBP2
• 2.3.6 人机界面
• 2.4 恒张力控制在开卷机上的实现
• 2.5 硬件之间的通讯
• 2.6 6RA70的控制方式
• 2.7 T400介绍及功能分析
• 2.7.1 T400工艺板介绍
• 2.7.2 工艺板T400的现场应用
• 第3章 开卷机惯性力矩及卷径计算方法研究
• 3.1 开卷机的惯性力矩研究的意义
• 3.2 卷筒电机负载力矩分析
• 3.3 卷筒轴惯性力矩分析
• 3.3.1 转动惯量及其变化率
• 3.3.2 角速度及其变化率
• 3.3.3 卷径及其变化率
• 3.3.4 卷筒上的惯性力矩
• 3.3.5 热轧厂开卷机惯性力矩补偿曲线
• 3.3.6 考虑打滑等异常情况下惯性力矩的计算
• 3.4 卷径计算方法分析
• 3.4.1 计数法计算钢卷直径
• 3.4.2 流量相等法计算钢卷直径
• 3.4.3 计算卷径修正值
• 3.4.4 钢卷直径实时数值的输出
• 3.5 减小卷径计算偏差的基本思想和方法
• 3.5.1 原有卷径计算方法分析
• 3.5.2 卷径变化量限制与变化方向限制
• 3.5.3 开卷卷径的计算
• 3.6 本章小结
• 第4章 开卷机张力控制方法研究
• 4.1 张力的产生
• 4.2 开卷恒张力控制系统的模型
• 4.3 基于常规PID控制的调节器参数整定
• 4.3.1 电流调节器的参数整定
• 4.3.2 转速调节器的参数整定
• 4.4 系统仿真
• 4.5 模糊自适应PID控制器及其算法研究
• 4.5.1 模糊自适应PID控制器的结构
• 4.5.2 模糊自适应PID控制器的原理
• 4.6 模糊自适应PID控制器的设计
• 4.6.1 模糊器控制的设计
• 4.6.2 模糊自适应PID控制器的结构选择
• 4.6.3 带钢张力输入输出论域和语言变量的选择及其隶属度函数
• 4.6.4 建立带钢矫直张力PID模糊调整模型
• 4.6.5 量化因子和比例因子的选择
• 4.7 带钢张力PID及模糊自适应PID仿真模型
• 4.8 仿真结果与分析
• 4.9 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢