基于伺服控制的铝型材生产线设计研究

论文摘要

本文研究的主要内容是在研究伺服控制算法的基础上完成基于伺服控制的铝型材生产线的设计,控制系统主要由底层PLC与上位机监控界面组成。首先介绍了课题研究的目的和意义,阐述了铝型材生产控制系统国内外发展现状。分析了铝型材生产线中天车定位不准的原因,制定了控制系统的总体方案,选取了全闭环伺服控制的方式,确定控制网络结构和通信网络结构。其次按照总体设计方案的要求,进行了系统硬件和软件设计,硬件包括对可编程逻辑控制器、编码器、伺服电机及其他功能模块的选型。设计了硬件部分的电气连接图,完成了硬件的系统设计。在软件设计部分,以logix500编程软件作为开发平台,确立了相应的I/O功能点,设计了控制程序流程图,研究了伺服系统绝对位置数据的读取算法,并完成了控制生产线监控界面的设计。本文最后对伺服控制策略进行分析,建立了伺服电机的数学模型,结合模糊控制的相关理论,提出了采用基于模糊控制的PID的控制算法。按照专家控制规则设计了模糊控制器,在matlab/simulink环境下进行仿真,对比了模糊PID控制与常规PID控制在单位阶跃信号、斜坡信号和正弦信号输入情况下,系统的输出响应曲线。得出了模糊PID控制具有响应速度快,超调量小、跟踪效果好的结论,验证了模糊PID算法在伺服控制中的优良性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的和意义
• 1.2 铝型材生产控制系统国内外发展现状
• 1.2.1 铝型材生产控制系统国外现状
• 1.2.2 铝型材控制系统国内发展现状
• 1.3 伺服控制系统综述
• 1.3.1 伺服系统的发展
• 1.3.2 伺服系统组成及分类
• 1.3.3 伺服控制系统策略发展
• 1.4 论文研究的主要内容
• 第二章 铝型材生产线控制系统方案的分析研究
• 2.1 控制系统总体分析
• 2.1.1 生产线车间整体布局及工艺流程
• 2.1.2 天车定位不准原因分析
• 2.1.3 伺服控制方式的选择
• 2.1.4 控制网络结构
• 2.2 伺服驱动系统
• 2.2.1 交流伺服控制系统结构
• 2.2.2 伺服性能分析
• 2.3 人机监控界面总体设计方案
• 2.3.1 LabWindows/CVI特点
• 2.3.2 LabWindows/CVI通信
• 2.4 本章小结
• 第三章 系统的硬软件设计分析
• 3.1 控制系统硬件设计分析
• 3.1.1 硬件需求分析
• 3.1.2 伺服系统分析
• 3.2 控制系统软件设计分析
• 3.2.1 编程软件平台
• 3.2.2 控制流程设计分析
• 3.2.3 伺服控制系统程序设计
• 3.2.4 上位机界面设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 伺服系统建模与控制策略
• 4.1 伺服系统建模
• 4.1.1 永磁同步电机模型
• 4.2 常规PID控制算法
• 4.2.1 常规PID控制系统原理
• 4.3 模糊控制理论
• 4.3.1 模糊集合及其表示
• 4.3.2 隶属度函数的建立
• 4.3.3 模糊规则的建立
• 4.3.4 模糊控制器
• 4.4 模糊PID控制
• 4.5 本章小结
• 第五章 控制算法仿真及分析
• 5.1 模糊控制器的设计
• 5.2 常规PID与模糊PID的matlab仿真
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 课题总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果目录