基于线阵CCD传感器的跑偏检测与控制

论文摘要

在卷绕系统的自动化生产流水线上,经常由于各种原因导致卷筒材料的横向跑偏,不能保持直线运行,如果不及时纠正,就会直接影响产品的规格或质量,造成不必要的经济损失。例如在带钢、纸带、塑料薄膜等带状物品的卷取、放卷过程中,可能受到前期卷幅不整齐或不规则地伸缩、带材张力的变化以及传动系统的震动等各种干扰作用,使带材不能保持直线运行而造成其特征标志线偏离基准位置,形成带材跑偏。因此,需要一套自动跑偏检测与控制系统来解决上述带材边缘的跑偏问题。针对这一跑偏问题,本课题设计了一种基于线阵CCD传感器的跑偏检测与控制装置。采用高性能的C8051F040单片机作为控制器核心,CCD图像传感器作为位置传感器来检测带材边缘位置量,将实时检测位置量与工艺设定的基准位置量相比较得出偏差,由Fuzzy-PID开关切换控制算法计算出一定的控制量,输出给传动装置,使放卷辊向着跑偏相反的方向行进,从而达到纠偏目的。本论文首先进行了基于线阵CCD传感器的跑偏检测与控制系统的总体方案设计,其中包括:检测模块、数据处理模块、执行机构等模块。然后,在此基础上完成了带材跑偏的实时检测与控制功能。最后,对该系统进行了实验调试和验证,结果表明,该检测与控制系统性能稳定,检测精度高,操作方便,具有一定的应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 跑偏检测的背景和意义
• 1.2 跑偏控制系统的发展现状和应用
• 1.2.1 CCD 图像传感器的发展现状和应用
• 1.2.2 纠偏控制系统的发展现状和应用
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 1.4 论文章节安排
• 2 光电检测器件及技术
• 2.1 光电检测技术
• 2.2 CCD 工作原理及特点
• 2.3 CCD 器件的特性参数及选择
• 2.3.1 CCD 器件的特性参数
• 2.3.2 CCD 选择的原则
• 2.4 μPD3575D 结构及工作原理
• 3 系统模块设计
• 3.1 跑偏控制原理
• 3.2 系统设计方案
• 3.3 光学系统设计
• 3.3.1 光源的选择及设计
• 3.3.2 光路系统设计
• 3.4 CCD 驱动电路设计
• 3.4.1 CCD 驱动脉冲参数
• 3.4.2 C8051F330 的性能参数
• 3.4.3 CCD 驱动设计
• 3.5 CCD 信号处理电路
• 3.5.1 差分放大滤波处理
• 3.5.2 二值转化处理
• 3.6 执行机构和抗干扰技术
• 3.6.1 步进电机的选取
• 3.6.2 步进电机驱动器设计
• 3.6.3 硬件抗干扰技术
• 3.7 人机界面设计
• 3.7.1 功能键及报警电路
• 3.7.2 液晶显示
• 3.8 控制器片内硬件资源分配
• 4 控制算法
• 4.1 PID 控制器简介
• 4.1.1 模拟PID 控制器
• 4.1.2 数字PID 控制器
• 4.2 模糊（Fuzzy）控制算法
• 4.2.1 模糊控制器的基本设计方法
• 4.2.2 本系统采用Fuzzy-PID 开关切换算法
• 5 软件模块设计
• 5.1 系统结构模块设计
• 5.1.1 系统软件设计模块
• 5.1.2 系统控制模块
• 5.2 CCD 驱动模块
• 5.3 数据采集模块
• 5.4 界面设置模块
• 6 实验及误差分析
• 6.1 CCD 输出实验
• 6.1.1 驱动时序实验
• 6.1.2 线阵CCD 输出实验
• 6.1.3 线阵CCD 输出信号处理实验
• 6.2 长度尺寸动态测量实验
• 6.3 系统纠偏精度实验
• 7 结论
• 7.1 工作总结
• 7.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录