基于Ziegler-Nichols参数整定方法的张力控制系统研究

论文摘要

股绳捻制设备是宁夏恒力钢丝绳股份有限公司制绳分厂的主力设备,在国内处于领先地位,但与国外的同类设备相比,在设备的自动化水平上还存在着一定差距。收排线机是股绳捻制设备的一部分,原有系统采用了常规PID控制,一旦捻股机捻出绳股的产品速度有所变化,机械化的收排线机的排线速度就不能及时改变,难以达到期望的跟随和抗干扰性能要求。本文以收排线机为背景,在常规PID的基础上应用Ziegler-Nichols控制算法对原有的张力控制系统进行改进。首先,本文根据钢丝绳生产线的控制目的、现场收排线机的结构,归纳出收排线机自动控制系统的具体运行方式。在恒张力控制方式下,对收排线机的工作原理进行了阐述,给出了收排线机的控制流程。同时,分析了收排线机中张力的控制原理、方法、产生原因,以及张力控制系统在整个系统中的重要性。在此基础上,实现了开环张力的控制。根据现场实际情况,提出了收排线机现场张力控制系统的结构。现场控制器采用常规PID进行控制往往存在PID控制参数整定不良、性能欠佳,对运行工况的适应性很差的情况,因此,提出了Ziegler-Nichols参数整定方法：当过程变量及其变化速度有所改变时,建立一套经验公式将这些测试结果转化为正确的性能设置参数。通过建立变频器转速和收排线机转速模型,以及收排线机张力模型,构建了基于Ziegler-Nichols方法PID整定的收排线机张力控制系统仿真框图,仿真结果说明基于Ziegler-Nichols参数整定方法的PID控制器的跟踪设定值响应动态性能优良、超调量小、稳态性能佳,具有很强的适应对象参数变化的能力。这对提高收排线机张力控制过程水平,有效地保证钢丝的质量与产量,具有重要的实际意义与理论价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 张力控制策略及其研究现状
• 1.3 本文主要内容
• 第二章 钢丝绳收排线机系统概述
• 2.1 钢丝绳收排线机的工作流程
• 2.2 钢丝绳收排线机控制系统的构成
• 2.3 钢丝绳自动排线电气控制系统
• 2.4 钢丝绳收排线机运行分析
• 2.5 钢丝绳收线机中恒张力工作原理
• 2.6 本章小结
• 第三章 收排线机张力控制系统
• 3.1 张力控制原理
• 3.2 收排线机中张力产生的原因
• 3.3 收排线机中张力控制的重要性
• 3.4 收排线机的张力控制
• 3.4.1 张力控制的方式
• 3.4.2 张力设定值的计算
• 3.4.3 收排线机张力控制系统分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于Ziegler-Nichols参数整定控制方法
• 4.1 张力控制系统PID控制框图
• 4.2 张力控制器PID参数整定
• 4.3 现场张力控制器存在的问题
• 4.4 Ziegler-Nichols参数整定控制方法
• 4.5 基于Ziegler-Nichols方法整定的响应曲线
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于Ziegler-Nichols参数整定方法的张力控制系统仿真
• 5.1 收排线机张力模型
• 5.2 基于Ziegler-Nichols方法的张力控制系统仿真
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢