基于模型参考自适应算法的张力控制系统研究

论文摘要

在印刷行业的生产中,张力的作用尤为重要,采用先进的控制算法控制张力可以取的更好的控制效果。本文以印刷机械的张力控制系统为研究对象,详细分析了印刷机械在印刷过程中各部件的数学模型,采用模型参考自适应控制系统理论,实现卷绕类恒张力控制,其中各单元的主传动为磁粉制动器以及直流电机。主要研究了模型参考自适应控制器的设计问题,设计了具有自适应的张力控制系统,解决了系统参数变化对系统性能的影响问题,与经典的方法相比较,取得了较好的效果。首先对模型参考自适应控制进行了理论分析,给出了模型参考自适应控制算法推导过程;然后介绍了印刷机械张力控制系统的组成,提出了经典控制的详细设计方案,建立了磁粉制动器、直流电机、张力传感器的数学模型,给出了控制系统的放卷段和印刷段的常规实现;最后运用模型参考自适应控制控制算法来替代经典控制策略,设计出基于模型参考自适应算法的张力控制调节器,并对整个模型参考自适应控制系统进行仿真实验,并与经典控制策略进行了比较分析。仿真研究表明了模型参考自适应控制系统能有效抑制系统参数变化对系统性能的影响,具有更优越的控制性能。根据控制系统对硬件的要求,选用GE公司90系列PLC实现现场控制要求,上位机采用研华工业控制计算机,不仅满足了大计算量的算法运行要求,同时也满足了使用WinCC组态的监控程序的运行。将模型参考自适应算法在实际的系统中实现,实际运行结果表明,模型参考自适应控制系统较经典设计方案的动态性能有明显改善,对改善系统的性能具有较明显的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 张力控制在卷绕系统中的重要性
• 1.2 张力控制策略的研究现状
• 1.3 模型参考自适应控制
• 1.4 选题背景与意义
• 1.5 主要研究内容与篇章结构安排
• 第二章 模型参考自适应控制算法描述
• 2.1 自适应控制理论
• 2.1.1 自适应控制系统概述
• 2.1.2 模型参考自适应控制（MRAC）系统
• 2.1.3 离散模型参考自适应控制
• 2.2 模型参考自适应控制的设计
• 2.2.1 用Lyapunov稳定性理论设计MRAC系统
• 2.2.2 用popov超稳定性理论设计MRAC系统
• 2.3 离散时间系统模型参考自适应控制
• 2.4 本章小结
• 第三章 模型参考自适应张力控制器的设计及仿真分析
• 3.1 印刷机械张力控制系统的结构
• 3.2 放卷段张力控制系统的MRAC方案
• 3.2.1 放卷段的执行机构
• 3.2.2 放卷段的张力检测元件
• 3.2.3 放卷过程受力分析
• 3.2.4 放卷段恒张力控制的PID控制策略
• 3.2.5 放卷段恒张力控制系统的MRAC控制策略
• 3.3 印刷段张力控制系统的MRAC方案
• 3.3.1 印刷过程的受力分析
• 3.3.2 印刷段恒张力控制的PID控制策略
• 3.3.3 印刷段模型参考自适应张力调节器设计
• 3.4 张力控制系统仿真与分析
• 3.4.1 印刷段张力仿真
• 3.4.2 放卷段张力仿真
• 3.5 本章小结
• 第四章 系统控制器的软硬件配置及通信网络
• 4.1 计算机控制系统概况
• 4.2 系统硬件配置
• 4.3 监控程序的开发
• 4.4 系统控制器程序实现
• 4.5 系统调试
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 主要研究工作总结
• 5.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间科研及论文完成情况