带材纠偏电液伺服系统的仿真与研究

论文摘要

在纸张、布匹、皮带、薄膜、箔材以及各种金属带等带材(板状制品)的卷料、分切、涂布、收料过程等加工处理过程中,经常需要使产品边缘保持恒定的位置上,即纠偏控制装置是其中不可缺少的关键设备,良好的纠偏控制性能是高质量带材产品和高生产效率的重要保证。控制系统如何在设备高速运转的基础上,仍具有良好的控制精度是目前纠偏设备研究的共同课题。本文以铜带清洗机列卷取纠偏控制系统为研究对象,系统分析了带材产生跑偏的原因以及所采取的措施,对整个带材纠偏控制系统进行了综合设计与分析,并以铜带卷取过程中的横向跑偏量为输入控制量,借助MATLAB/Simulink技术对控制系统进行了数学传递函数建模与分析,研究了系统的稳定性、动态响应以及稳态误差。文章又针对本系统的控制需求进行了控制器的选用,常规PID控制以其结构简单,实用性强等优点在目前控制系统中得到大量应用,但常规PID控制适应能力差。针对这种情况,本文设计了一种具备参数自调整的模糊PID控制器,以来改善带材纠偏系统的控制性能。此外,还针对电液伺服控制系统精确模型建立困难的问题,本文采用专业液压仿真软件AMESim对系统建立精确的液压系统物理模型,利用联合仿真接口技术将控制仿真软件Simulink联合,并通过在MATLAB/Simulink中建立的常规PID控制器模型和模糊自适应PID控制器对系统进行仿真与分析。研究结果表明,模糊PID控制比常规PID控制具有良好的控制能力,整个伺服系统设计合理。从理论上,为控制系统的实现提供了依据。最后,为有效实现控制算法的应用,本课题选用了DSP数字信号处理器作为伺服控制器的CPU。这种基于DSP的控制系统与基于工控机控制系统和基于单片机的控制系统相比,具有功耗低、体积小、性价比高、运行速度快、能够实现复杂的控制算法以及易于升级扩展等优点。根据纠偏电液伺服控制系统的需求,对伺服控制器进行了电路设计,主要包括电源模块、A/D和D/A转化模块、人机界面模块、串口通信模块、存储器模块、时钟与复位模块以及JTAG接口模块。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出及研究意义
• 1.2 带材跑偏的原因及存在问题
• 1.3 带材纠偏电液伺服控制系统的发展现状
• 1.4 智能控制理论
• 1.5 本课题的研究任务
• 第2章 电液伺服带材纠偏控制系统的工作原理及要求
• 2.1 带材纠偏控制系统的介绍
• 2.2 控制系统的基本要求
• 2.2.1 控制对象的主要参数
• 2.2.2 对控制系统的要求
• 2.3 本章小结
• 第3章 带材纠偏电液伺服系统的设计与Simulink仿真分析
• 3.1 纠偏控制系统整体设计方案
• 3.2 电液伺服控制系统主要参数的确定与选型
• 3.2.1 油源
• 3.2.2 确定伺服液压缸的参数与选型
• 3.2.3 伺服阀参数确定与选型
• 3.2.4 液压泵与电动机的选型
• 3.3 电液伺服控制系统的Simulink建模与分析
• 3.3.1 液压动力元件的传递函数
• 3.3.2 伺服阀的传递函数
• 3.3.3 其他组成元件传递函数
• 3.3.4 电液伺服控制系统动态品质分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 系统控制器的设计
• 4.1 PID控制
• 4.1.1 PID控制原理
• 4.1.2 数字式PID控制器
• 4.1.3 PID控制器参数的工程整定
• 4.2 模糊控制器的设计
• 4.2.1 模糊控制的简介
• 4.2.2 模糊控制的基本原理
• 4.2.3 模糊控制器设计的基本方法
• 4.3 模糊自适应整定PID控制器的设计
• 4.3.1 模糊PID控制的原理
• 4.3.2 模糊PID控制器的设计
• 4.4 电液伺服模糊PID控制仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 带材纠偏电液伺服系统AMESim建模与联合仿真研究
• 5.1 AMESim的简介
• 5.1.1 AMESim的功能
• 5.1.2 AMESim的特性
• 5.1.3 所需应用的AMESim库
• 5.2 带材纠偏电液伺服系统AMESim建模
• 5.2.1 推进液压缸与负载模型的建立
• 5.2.2 液压系统模型的建立
• 5.2.3 系统参数的设置
• 5.3 AMESim与Simulink的联合仿真
• 5.3.1 联合仿真设置与模型建立
• 5.3.2 带材纠偏电液伺服系统的仿真结果与对比分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 DSP嵌入式系统实现伺服控制器的硬件设计
• 6.1 DSP的概述
• 6.2 系统功能模块的设计
• 6.3 基于TMS320F2812电液伺服控制器的硬件设计
• 6.3.1 电源和复位电路设计
• 6.3.2 时钟及存储器
• 6.3.3 A/D及D/A转换电路
• 6.3.4 串口通信模块
• 6.3.5 人机界面模块
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 展望与探讨
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文