钢管倒棱机液压伺服控制系统的研究

论文摘要

钢管倒棱机是制管生产线设备中的主要设备之一,其作用是对钢管进行管内、外倒棱加工。倒棱机是集电气和机械于一体的复杂机床设备,轴向进给的控制是钢管倒棱机需要解决的核心问题。本文结合这一实际问题分析研究了倒棱机的液压伺服控制系统。根据倒棱机的液压和机械参数分析了伺服阀,液压缸和负载的传递函数,在此基础上建立了倒棱机液压伺服位置控制系统的数学模型。按照倒棱机的工艺以及位置控制要求,论文中采用研华公司的工控机配备数据采集卡设计完成了倒棱机的计算机硬件控制系统。并采用C语言结合增量式PID算法,在PC机上模拟实现了倒棱机机头轴进给控制过程,同时实现了对系统的位置和速度的控制。为了更方便的对系统进行现场调试和监控,采用西门子WINCC软件完成了倒棱机系统的人机界面控制。鉴于倒棱机加工过程中切削力作非线性变化,当加工不同钢管时,负载及切削进给亦都要变化,PID控制的系数不可能总是处于最优状态,所以在已实现常规PID算法的基础上,引入对智能PID控制研究。分别采用神经元PID控制和模糊PID控制对系统进行仿真,并和常规PID仿真结果进行比较,仿真结果表明:常规PID在倒棱机恒定负载和工况变化的情况下,都具有足够的刚度,但在外力和工况有较大改变时的智能控制在快速性方面的优越性更加明显。这些结论的得出为进一步研究倒棱机系统提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 钢管倒棱机的发展状况
• 1.2.1 控制理论发展简介
• 1.2.2 智能控制发展简介
• 1.3 课题的研究内容
• 2 钢管倒棱机的电液伺服系统
• 2.1 倒棱机工作原理简介
• 2.1.1 倒棱机工艺
• 2.1.2 倒棱机机头工艺过程及原理
• 2.1.3 倒棱机机头的控制工艺
• 2.2 液压伺服控制系统
• 2.2.1 液压伺服系统的发展与应用
• 2.2.2 液压伺服系统的结构
• 2.2.3 液压伺服系统的分类
• 2.2.4 液压伺服系统的优缺点
• 2.3 倒棱机电液伺服系统的建模
• 2.3.1 倒棱机液压伺服系统的建模方案
• 2.3.2 倒棱机液压伺服系统的液压及机械参数
• 2.3.3 倒棱机液压伺服系统传递函数计算
• 2.4 系统稳定性分析
• 2.5 小结
• 3 钢管倒棱机的计算机控制系统
• 3.1 计算机控制系统概述
• 3.2 倒棱机计算机控制系统的硬件构成
• 3.2.1 倒棱机计算机控制系统的硬件设计
• 3.3 计算机控制系统的软件设计
• 3.3.1 编程语言介绍
• 3.3.2 倒棱机机头调试参数设定界面
• 3.3.3 倒棱机机头控制算法设计
• 3.3.4 倒棱机机头位置显示曲线设计
• 3.4 组态软件
• 3.4.1 工业组态软件设计原则
• 3.4.2 WINCC组态软件介绍
• 3.4.3 倒棱机人机界面
• 3.5 小结
• 4 倒棱机的智能PID控制仿真研究
• 4.1 常规PID控制
• 4.1.1 模拟PID控制
• 4.1.2 数字PID控制
• 4.1.3 常规PID控制系统的仿真
• 4.2 神经网络PID控制
• 4.2.1 神经网络
• 4.2.2 神经网络PID
• 4.2.3 神经网络PID控制系统仿真
• 4.2.4 神经元参数的选取
• 4.3 模糊PID控制
• 4.3.1 模糊控制系统
• 4.3.2 模糊PID控制
• 4.3.3 模糊PID控制参数整定
• 4.3.4 模糊PID控制系统仿真
• 4.4 仿真比较
• 4.5 小结
• 5 总结
• 致谢
• 参考文献
• 发表论文