光电纠偏控制器的设计研究

论文摘要

本课题对带材类纠偏控制系统的一般工作原理进行了研究,设计了基于模拟量检测的红外光电控制器。通过建立纠偏控制系统的传递函数,分析了步进电机在纠偏控制系统中的驱动导向性能;最后验证了所设计的控制器性能指标。本课题主要内容及创新点归纳如下:1.对纠偏控制系统的现状进行了研究,分析了当前国内外控制器的差别及如何改进国内纠偏控制性能的方法与措施。2.应用点光源传播理论,分析了光透射方式下的偏移量与光生电信号的理论关系。设计了相应的光电检测电路,实验数据表明:该红外检测器能够输出连续性模拟量,且创新地对偏移量采用“三段式”处理的控制策略。3.通过对纠偏控制系统的机构建模与传递函数的建立,分析了步进电机应用于纠偏控制系统时的稳态性能,结果表明:步进电机应用于纠偏控制系统中时,控制系统的稳态误差为零。这一结论为实际纠偏控制系统采用步进电机做驱动器提供了理论依据。4.控制器的硬件设计采用单片机89S52作中央处理器,并设计了控制器其它功能模块电路。该控制器提高了数据处理精度,并对偏移量进行实时显示,形象直观。5.控制器的软件处理上,实现了偏移量、控制器输出的脉冲信号与步进电机转动信号的一一对应。针对“三段式”数据处理策略,采用拉格朗日插值法拟合函数曲线以及“查表”方式,提高了控制器的处理精度与速度。6.对控制器的时间响应性能、控制精度以及适用范围进行总结分析,得出了该控制器满足纠偏控制系统的要求。本课题设计研究了卷材类通用的红外光电纠偏控制器,并以陕北人的全自动高速分切机为例,设计了相应的控制参数;为实际工业设计与控制提供了一个理论实验平台,这对于提高国内纠偏控制水平有着重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 现代纠偏控制系统的技术应用现状
• 1.1.1 纠偏控制系统简介
• 1.1.2 纠偏传感器简介
• 1.1.3 纠偏控制器的基本类型
• 1.1.4 纠偏系统驱动器类型
• 1.1.5 纠偏导向环节结构类型
• 1.2 国内纠偏控制器技术现状
• 1.3 论文的主要工作与内容安排
• 2 红外光电探头的设计
• 2.1 光电检测器件介绍
• 2.2 光电探头的工作原理
• 2.3 光电检测原理的理论推导
• 2.4 光电探头的电路设计
• 2.4.1 发射头部分的电路设计
• 2.4.2 接收头部分电路设计
• 2.5 测试数据分析
• 2.5.1 实验测试数据处理
• 2.5.2 数据分析
• 2.5.3 数据处理
• 2.6 本章小结
• 3 纠偏控制系统建模与分析
• 3.1 步进电动机驱动控制原理
• 3.1.1 步进电动机控制特点
• 3.1.2 步进电动机分类简介
• 3.1.3 步进电动机细分驱动控制
• 3.2 中间过程纠偏系统工作原理
• 3.2.1 中间过程纠偏机构工作原理
• 3.2.2 调心轴承机构与调节原理
• 3.3 收放卷环节纠偏系统工作原理
• 3.4 纠偏控制系统机构建模
• 3.5 系统动态性能分析
• 3.6 本章小结
• 4 步进电动机型号选取原则
• 4.1 卷材纠偏速度的确定
• 4.2 步进电动机的选取原则
• 4.3 本章小结
• 5 纠偏控制器硬件设计
• 5.1 中央处理器89S52性能简介
• 5.2 电源模块设计
• 5.3 MAX197介绍与接口电路
• 5.4 LED显示接口电路
• 5.5 电机驱动器SH-2024B2介绍
• 5.6 中央处理器电路设计
• 5.7 本章小结
• 6 纠偏控制器软件设计
• 6.1 偏移量与电压数字量关系处理
• 6.2 离散数据的函数曲线拟合
• 6.3 软件设计流程
• 6.4 主要控制模块的软件编程
• 6.5 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 控制器综合性能验证
• 7.2 课题的总结
• 7.3 课题的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附表一:偏移量与数字量的对应关系表
• 附表二:脉冲数与数字量的对应关系表
• 附表三:控制器电路设计原理图
• 读研期间公开发表的论文