透气膜流延线控制系统设计及其模糊PID控制策略研究与实现

论文摘要

随着透气膜市场的不断发展,现在对其生产设备的需求越来越大,该种设备的国产化也变得日益紧迫。本论文介绍了一种先进的基于PLC控制技术、上位机监控技术、变频调速技术的高透气性薄膜流延生产线控制系统的设计和开发过程;随后本文针对普通PID与模糊PID两种控制策略在张力控制系统上的应用进行了探讨,并通过实验将两种控制策略的控制效果和优缺点进行了比较。实验证明了模糊PID在PLC与变频器组成的控制系统上的适用性和智能控制策略的优越性。本论文共分为六章。第一章,综合阐述了高透气性薄膜流延生产线的机械结构,介绍了目前张力控制系统的应用发展现状,及其常用的控制方式与控制策略。最后指明了本课题的主要研究方向和内容。第二章,详细叙述了流延线控制系统的整体设计方案。首先介绍了控制系统使用到的控制技术;随后对拉伸控制系统、张力控制系统、温度控制系统进行了设计;最后对主要元器件进行选型并设计了主要供电回路,将电控设备安装完成。第三章,详细叙述了系统的硬件连接框架,以及PLC、变频器和界面组态软件程序的编写,主要工作内容包括:系统逻辑状态控制程序、挤出机温度控制程序、速度同步控制程序、张力控制程序、上位机监控界面程序。最后在张力系统上进行PID控制实验。第四章,分析了流延线上张力波动的原因,并针对收卷段张力系统设计了模糊PID控制器。首先对张力的波动原因进分析,并根据流延线张力控制系统的特点,一步步设计出模糊PID变参数控制系统。第五章,以PLC和变频器组成的流延线张力控制系统为平台,在收卷段实现了模糊PID控制。同时以实验结果为基础,将模糊PID变参数控制与普通PID控制进行了比较分析。最后验证了模糊PID控制能大大改进张力控制系统的性能。第六章,总结了本论文的研究内容,本项目中涉及的工作,并对课题中需要进一步研究、完善的重点进行了探讨、分析和展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 流延膜生产线系统组成
• 1.2 张力控制系统的概述
• 1.3 常用张力控制传动方式
• 1.4 张力控制系统的控制策略
• 1.4.1 张力控制系统的特点
• 1.4.2 张力控制策略
• 1.5 课题意义与内容
• 第2章 控制系统整体设计方案
• 2.1 控制系统的设计基础
• 2.1.1 工控机界面组态技术
• 2.1.2 PLC控制技术
• 2.1.3 变频调速技术
• 2.1.4 前馈控制
• 2.2 控制系统设计
• 2.2.1 张力形成分析
• 2.2.2 拉伸控制系统
• 2.2.3 张力控制系统
• 2.2.4 温度控制系统
• 2.3 主要元件选择与电路设计
• 2.3.1 控制系统元件选择
• 2.3.2 电气连接与保护
• 2.3.3 电气抗干扰措施
• 第3章 电控系统的硬件连接与软件实现
• 3.1 PLC接口的连接
• 3.2 PLC基本控制程序设计
• 3.2.1 输入输出量的处理
• 3.2.2 挤出机温度控制
• 3.2.3 系统状态控制
• 3.3 变频器的连接与组态
• 3.4 上位机的连接与组态
• 3.5 调试步骤与结果
• 第4章 张力控制系统的控制策略研究
• 4.1 系统的张力波动分析
• 4.2 模糊控制器原理与基本设计方法
• 4.2.1 模糊控制器的结构选择
• 4.2.2 精确量的模糊化
• 4.2.3 建立模糊控制规则
• 4.2.4 选择模糊推理算法与输出量清晰化
• 4.3 MATLAB模糊控制工具箱
• 4.4 张力控制系统的模糊控制器设计
• 4.5 模糊PID控制技术
• 第5章 模糊PID张力控制实验
• 5.1 基于PLC的模糊PID控制的实验设计
• 5.1.1 实验总体方案设计
• 5.1.2 实验系统硬件系统
• 5.1.3 软件实现
• 5.2 实验数据分析
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢