角分类机自动上料控制系统设计与建模

论文摘要

角分类机的自动上料系统是属于全自动角分类机的子系统。电磁振动上料机是自动化加工与自动装配系统中一种常用的自动供料装置,由于它具有上料效率高、定向性好、工作可靠性较高、机械结构简单、通用性好和供料速度容易调节等优点,在全自动角分类机的上料系统中扮演至关重要的角色。本文针对角分类机的自动上料系统,开展了如下两个方面的工作：一是设计了自动上料控制系统。自动上料控制系统主要是由驱动器模块,单片机控制电路,电压检测电路,频率检测电路,保护电路以及光纤传感器测速回路等组成。单片机控制电路是控制系统的核心,利用算法能够产生SPWM控制驱动器输出可调频调压的半波交流电；电压及频率检测电路检测驱动器输出交流电,并把检测信号反馈给单片机,实现自动上料系统的内环控制；为了确保驱动器的安全性能,保护电路用来防止输出过流；光纤传感器检测输料速度,将检测信号反馈给单片机,实现自动上料系统的外环控制,双闭环控制保证物料稳定的输料速度。二是从理论上推导了电磁振动上料机的输料速度数学模型。基于振动理论及运动理论的分析,建立了激振力频率在系统固有频率附近的平均输料速度模型。该模型当中含有电磁系数、摩擦系数、相对阻尼系数等未知量,本文利用自适应遗传算法辨识这些参数。通过仿真与实验说明,实际测量的平均速度与理论上计算的速度相接近,而且采用的数字控制器能够达到很好的控制效果,从而实现了预期的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研发背景
• 1.1.1 晶体学及X光衍射学基础知识
• 1.1.2 X射线角分类机发展概况
• 1.2 研发意义
• 1.2.1 手动X射线角分类机存在的问题
• 1.2.2 半自动X射线角分类机存在的问题
• 1.2.3 电磁振动式上料机的研究意义
• 1.3 课题提出
• 1.4 研发难点
• 1.5 本文主要工作
• 第2章 自动上料控制系统的设计
• 2.1 系统组成及开发环境
• 2.1.1 系统结构
• 2.1.2 开发环境
• 2.2 光纤检测装置
• 2.3 系统硬件设计
• 2.3.1 硬件系统总体分析
• 2.3.2 驱动器的功率板
• 2.3.3 基于C8051F040的控制主板
• 2.4 系统的软件设计
• 2.4.1 SPWM产生原理
• 2.4.2 PID控制器
• 2.4.3 程序流程
• 2.5 本章小结
• 第3章 自动上料系统的数学模型
• 3.1 上料机的结构与工作原理
• 3.1.1 上料机的机械结构
• 3.1.2 上料机的工作原理
• 3.2 上料机振动模型
• 3.2.1 振动机理分析与建模
• 3.2.2 固有角频率与激振力角频率
• 3.2.3 板簧的弹性系数
• 3.2.4 振幅放大率与频率比关系
• 3.2.5 相位与频率比关系
• 3.2.6 隔振措施
• 3.3 运动模型
• 3.3.1 振动料盘的分类及结构
• 3.3.2 物料运动基本形式
• 3.3.3 物料与料槽表面产生相对运动的条件
• 3.3.4 物料的相对滑行量分析
• 3.3.5 物料的跳跃分析
• 3.3.6 物料平均速度
• 3.4 激振力
• 3.5 模型总结
• 3.6 本章小结
• 第4章 模型参数辨识与仿真
• 4.1 基本遗传算法
• 4.1.1 遗传算法的基本概念
• 4.1.2 典型遗传算法的原理
• 4.2 自适应遗传算法
• 4.2.1 进化阶段的确定
• 4.2.2 选择算子
• 4.2.3 交叉算子
• 4.2.4 变异算子
• 4.3 自适应遗传算法参数辨识
• 4.3.1 辨识算法步骤
• 4.3.2 参数辨识
• 4.4 仿真分析
• 4.4.1 模型仿真分析
• 4.4.2 影响输料速度因素分析
• 4.4.3 控制系统仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文