JT200型卷纸筒机恒张力控制系统的研究

论文摘要

卷纸筒机恒张力的控制是纸筒生产工艺中很重要的一个环节,张力不稳定将导致所卷纸筒紧实度不一致,外径大小不一;引起纸带跑偏,使纸筒表面起折皱、端面呈宝塔状,从而导致纸筒报废。本文以JT200型卷筒纸机为原型,深入研究了纸带在卷筒过程中张力变化的规律,阐明了卷纸筒机张力控制系统原理及控制方式,建立了纸卷放卷过程中纸带张力控制系统的数学模型,并进行了详细的分析与推导,得出了张力变化的表达公式,论证了纸带的线速度与纸卷的半径是引起张力波动的两个主要干扰量。本文探讨了PID控制基本算法的理论及各参量的作用,指出由于纸卷的卷径、角速度随时都在变化,张力控制系统是一个大时变系统,PID控制基本算法一般不能满足要求,常常需要在其基础上进行改进,分析了积分分离PID算法、变速积分PID算法、微分先行PID算法及输入滤波PID算法的优点。结合JT200型卷筒机特性,选择积分分离PID算法作为其张力控制算法控制系统张力大小,并给出了PID控制参数在工程实际中常用的整定方法。本文阐述了常见张力控制的执行机构,并介绍了机器中选用的执行机构——磁粉制动器的工作特性。本文完成了卷纸筒机张力控制系统的张力控制器的研制,它是以32位高性能单片机ARM7 LPC2378为主控单元,以磁粉驱动器作为张力控制的元件,使用张力传感器作为测力方式实时采集张力信号,并与给定值进行比较后,按照一定的控制策略进行对数据处理,实时调整控制信号,通过放大环节,最后控制执行元件,达到控制纸带张力的目的。本文最后阐述了JT200型卷筒机中张力控制器现场标定额定张力的方法,并按照PID参数整定的方法,给出JT200型卷筒机PID参数整定的一个过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 张力控制技术研究的现状
• 1.1.1 张力控制方式
• 1.1.2 张力控制策略
• 1.2 卷纸筒机原有的张力控制方式
• 1.3 本课题研究的主要内容及其意义
• 第2章 张力控制系统
• 2.1 张力控制系统原理及控制方式
• 2.2 张力检测器
• 2.3 控制张力的执行机构
• 2.3.1 磁粉制动器的基本结构和工作原理
• 2.3.2 磁粉制动器的工作特性
• 2.3.3 磁粉制动器的选型
• 2.4 张力控制器
• 第3章 张力控制系统的数学模型及PID 控制
• 3.1 纸卷放卷过程的数学建模及分析
• 3.2 张力系统 PID 控制
• 3.2.1 PID 控制
• 3.2.2 张力PID 采样数字控制
• 3.2.3 张力系统的PID 控制算法的改进
• 3.2.4 张力系统的PID 控制参数的整定
• 第4章 张力控制器的硬件和软件设计
• 4.1 引言
• 4.2 张力控制系统的设计方案
• 4.3 张力控制器系统总体设计
• 4.4 张力控制器各个模块的功能电路设计
• 4.4.1 MCU 模块的选择和基本电路
• 4.4.2 张力信号的检测和信号调理
• 4.4.3 磁粉制动器的控制
• 4.5 张力控制器软件模块的功能设计
• 4.5.1 系统主程序
• 4.5.2 A/D 转换子程序
• 4.5.3 数据过滤子程序
• 4.5.4 张力闭环控制子程序
• 4.5.5 张力给定子系统程序
• 第5章 张力控制器的现场参数调试
• 5.1 张力控制器量程标定
• 5.2 张力控制器 PID 参数现场整定
• 5.3 张力控制器现场调试结果分析
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢