番茄色选机气压自适应控制系统的设计研究

论文摘要

中国是世界上番茄种植大国,目前中国的番茄制品产量在全球排名第二,占番茄总产量的28%。番茄产业作为红色产业的龙头,已经成为新疆重要的经济支柱。目前在番茄深加工过程中原料中的青番茄都是靠人工方式进行分选,番茄色选机就是代替人工对番茄原料进行分选的机器,目前由石河子大学机械电气工程学院自主研发的番茄色选机已投入生产试用。本文针对番茄色选机在工作过中储气室气压存在波动性的问题,设计了气压控制系统,研究的内容主要分为三大部分：（1）基础研究,对气动执行系统中的气缸和弹齿的特性,如气缸的速度特性、气缸的理论和实际耗气量进行了理论分析和研究,分析了储气室内的气体流场分布,为后面的进一步研究做理论基础。通过正交试验对番茄色选机的工作参数进行优化,确定了驱动气缸工作的最佳气压,研究了不同弹齿数目和不同动作次数下气室内气体压力的变化情况,得出了气压变化的线性方程。（2）建模仿真,通过对SMC公司生产的ITV系列电气比例阀进行研究,建立了电气比例阀阀芯的力平衡方程、气体压力微分方程及质量流量方程等动态方程,根据所建立的动态方程建立了控制系统的数学模型,利用Matlab/Simulink仿真软件对模型进行仿真。（3）系统设计与试验,通过分析和研究当前流行和使用较多的控制方法和策略,最终确定了系统的控制方式为自适应PID控制,对建立的模型进行了修正,设计硬件系统结构并进行系统搭建,利用LabVIEW虚拟仪器实验平台,设计了控制系统的软件结构,最后在6SF-10型番茄色选机试验样机调试和试验。通过本文的研究,设计出气压波动自适应控制系统,对系统进行动态仿真和试验,试验结果证明了所建立的模型和采用控制方法的正确性。本文所建立的数学模型为以后的研究工作提供了理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 自动控制技术的发展状况
• 1.2.2 气动控制技术的发展
• 1.2.3 气压控制方法的应用概述
• 1.3 研究的目标及主要内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 主要内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 番茄色选机气动执行系统
• 2.1 气动执行机构
• 2.2 气缸特性
• 2.2.1 气缸的静态特性
• 2.2.2 气缸的速度特性
• 2.2.3 气缸的理论输出力
• 2.2.4 气缸的耗气量
• 2.3 弹齿特性
• 2.4 气室气压分布特性
• 2.5 本章小结
• 第三章 番茄色选机气室气压变化研究
• 3.1 色选机工作参数优化
• 3.1.1 试验因素和指标
• 3.1.2 正交试验设计
• 3.1.3 试验结果分析
• 3.2 气室气压变化研究
• 3.3 驱动气缸气压与弹齿击打力研究
• 3.3.1 弹齿击打力测试系统硬件电路设计
• 3.3.2 传感器
• 3.4 本章小结
• 第四章 数学建模与仿真
• 4.1 电气比例阀工作原理与结构组成
• 4.2 电气比例阀动态方程
• 4.2.1 阀芯的力平衡方程
• 4.2.2 流量连续方程
• 4.2.4 气体压力微分方程
• 4.2.5 电气比例阀阀口质量流量方程
• 4.3 电气比例阀的数学模型
• 4.4 控制系统的模型仿真与分析
• 4.4.1 仿真模型
• 4.4.2 仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 气压波动自适应控制系统设计
• 5.1 系统概述
• 5.2 控制方法与策略研究
• 5.3 硬件电路设计
• 5.3.1 传感器选型
• 5.3.2 信号采集卡
• 5.3.3 I/O接线盒
• 5.3.4 电气比例阀
• 5.3.5 信号调理电路
• 5.4 软件设计与调试
• 5.4.1 LabVIEW虚拟仪器
• 5.4.2 气压检测系统设计与调试
• 5.4.3 气压控制系统软件设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 试验分析
• 6.1 试验装置
• 6.2 试验与分析
• 6.2.1 单通道试验
• 6.2.2 多通道试验
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 导师评阅表