航空有机玻璃拉伸机拉伸力数字PID控制系统开发

论文摘要

本课题属于实际应用型课题,主要是研究航空有机玻璃拉伸机的结构改造和控制系统开发,并采用智能化控制方法在满足经济性、实用性、科学性的前提下开发了航空有机玻璃拉伸机拉伸力数字PID控制系统。本文以拉伸机的基本结构和工作原理为基础,介绍了拉伸机工作的基本流程,深入描述了拉伸机工作时的基本控制量,通过对有机玻璃拉伸件的受力分析,着重研究了影响拉伸力波动的各个因素,定性地确定了它们与拉伸力之间的关系,并着重分析了拉伸力与拉伸速度之间的定量关系,建立了系统的数学模型,开发了有机玻璃拉伸机拉伸力数字PID控制算法,并对数字PID控制算法的改进算法进行了深入研究。介绍了拉伸机控制系统开发的软硬件平台,以及系统测试和现场调试的结果。在开发控制系统的过程中,采用了IPC-PLC并行控制技术,分别论述了PLC的控制任务和工控机的处理任务,详尽阐述了工控机、PLC以及各种运动控制卡之间的的通信协议和设置。对基于IPC和PLC网络平台的控制系统的硬件模块和软件结构进行了方案设计。采用IPC、PLC、A/D卡、D/A卡、多串口卡等构建了一个控制系统平台。该控制系统平台采用主从式结构,即上位机采用工控机,下位机采用PLC,这样使系统不仅具有可扩展性好、互联能力强、开发工具丰富等优点,还具有高实时性、高精度的特点,可以满足工业生产中不同控制环境的需求。本文利用MATLAB提供的基于模块图的控制系统仿真软件Simulink的强大功能,建立了控制系统模型,并在控制算法执行过程中,对仿真模型的参数进行整定,模拟实际拉伸过程中的各种干扰,得到了最优控制参数。从PID仿真图中可以看出使用该PID控制算法,系统的响应时间较短,无稳态误差,超调量很小。实践证明,该控制系统能保证拉伸力控制的实时性和准确性,性价比高,实用性强。在为国防事业作出巨大贡献的同时,也给企业带来了可观的经济效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源及研究背景
• 1.1.1 课题的来源
• 1.1.2 课题的研究背景
• 1.2 课题研究目的及意义
• 1.3 国内外在该课题研究方向的研究现状及分析
• 1.3.1 智能控制及智能控制系统
• 1.3.2 拉伸机控制系统研究
• 1.4 课题研究工作的实验条件
• 1.5 课题研究工作的主要内容
• 1.6 论文工作
• 1.7 本章小结
• 第二章 拉伸力控制策略研究
• 2.1 有机玻璃拉伸机组成机构及工作原理
• 2.1.1 拉伸机的组成机构
• 2.1.2 拉伸机的基本工作流程
• 2.1.3 拉伸机控制系统基本控制量描述
• 2.2 影响拉伸力波动的因素
• 2.2.1 毛坯件的大小和厚度对拉伸力的影响
• 2.2.2 拉伸速度及对拉伸力的影响
• 2.2.3 拉伸位移,延展率及回退位移对拉伸力的影响
• 2.2.4 保温腔温度对拉伸力的影响
• 2.2.5 拉伸机机械结构对拉伸力的影响
• 2.3 拉伸力控制的基本原理
• 2.4 拉伸力控制算法开发
• 2.4.1 建立系统的数学模型
• 2.4.2 数字PID控制算法研究
• 2.4.3 数字PID控制算法的改进
• 2.5 本章小结
• 第三章 拉伸机控制系统的硬件实现
• 3.1 机械传动部分
• 3.1.1 交流变频调速技术概述
• 3.1.2 拉伸机主传动电机及变频器的选用
• 3.2 系统硬件设计
• 3.2.1 PLC的控制任务
• 3.2.2 工控机的处理任务
• 3.2.3 通信系统的设计
• 3.3 VB-PLC控制系统特点总结
• 3.4 本章小结
• 第四章 拉伸机控制系统的软件设计
• 4.1 数据采集模块
• 4.1.1 开关量数据采集模块
• 4.1.2 控制量数据采集模块
• 4.2 控制程序部分
• 4.3 界面程序部分
• 4.3.1 组成
• 4.3.2 特点
• 4.3.3 系统配置
• 4.3.4 控制软件操作说明
• 4.3.5 注意事项
• 4.4 本章小结
• 第五章 拉伸机控制系统可靠性分析与仿真
• 5.1 PLC可靠性分析
• 5.1.1 PLC可靠性降低的主要原因
• 5.1.2 提高PLC可靠性措施
• 5.2 工控机可靠性分析
• 5.2.1 工控机主要干扰源分析
• 5.2.2 提高工控机可靠性措施
• 5.3 软件的抗干扰性
• 5.4 控制系统PID仿真
• 5.5 控制系统调试
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢