多机架拉丝机系统的开发及其最优控制方法的研究

论文摘要

在工业生产的很多行业,都要进行精确的张力控制,保持张力的恒定,以提高产品的质量。为了工业生产的需要,开发设计了一套多机架拉丝机的实验装置,并在此基础上建立了系统的数学模型,进而提出了一种最优控制策略,并对该控制策略进行了仿真研究与实验验证。论文首先对基于异步电机动态模型的矢量控制策略进行了深入分析,在此基础之上通过仿真结果与实验结果的比较,依据富士G11S变频装置采用的按转子磁链定向的矢量控制方式,建立了单机架变频调速系统的数学模型。通过分析拉丝过程的工作原理与几何关系,进一步建立了各机架之间用于微调张力的直线调节器的数学模型,最终建立了通过直线调节器耦合在一起的多机架拉丝机整体模型。为了满足拉丝机系统对金属丝张力波动最小的控制要求,论文基于最优控制理论,提出了一种无静差的恒张力控制策略,并对所得到的最优解作了工程近似处理,从而设计了适合于工程应用的拉丝机系统张力反馈调节器,并与常规PID调节器进行了对比,实验结果证明最优调节器下的张力波动明显小于常规PID,并且在系统的抗扰性方面也有明显的改善。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 论文选题的研究现状
• 1.3 本课题完成的主要工作
• 第二章 四机架拉丝机系统
• 2.1 拉丝机系统
• 2.1.1 系统简介
• 2.2 控制方案构成
• 2.2.1 Quanser 数据采集卡及接口卡
• 2.2.2 数字I/O
• 2.3 软件平台简介
• 第三章 变频调速系统的数学模型
• 3.1 矢量控制系统
• 3.2 按转子磁链定向
• 3.3 按定子磁链定向
• 3.4 按气隙磁链定向
• 3.5 单机架简化模型及实际验证
• 第四章 张力反馈系统及整机的数学模型
• 4.1 直线调节器控制
• 4.1.1 直线调节器工作原理
• 4.1.2 直线调节器数学模型分析
• 4.2 建立整机数学模型
• 第五章 张力最优调节器的设计
• 5.1 最优理论介绍
• 5.2 张力最优调节器的选择
• 5.3 张力最优调节器的设计
• 5.4 工程实用数据处理
• 第六章 系统运行结果分析
• 6.1 张力控制系统动态性能及抗扰性仿真分析
• 6.2 系统运行结果分析
• 6.2.1 实际控制模型的设计
• 6.2.2 实验结果分析
• 第七章 总结与展望
• 7.1 研究工作的总结
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢