凹印机张力—速度自适应解耦控制的研究

论文摘要

印刷包装行业中,都要用到由各种卷绕式机构组成的机械设备。张力控制是卷绕系统中极其重要的一个环节,张力控制效果的好坏直接影响到印刷品的质量:如在收卷时张力波动过大,就会出现松卷、绷卷现象,严重时甚至出现破膜现象使生产无法正常进行,因此良好的张力控制是提高产品质量和生产效率的保证。本文将以凹印机的张力控制系统为研究对象,研究改善系统控制效果的方法。由于凹印机张力控制系统是一个多输入,强耦合,时变的系统,具有动力学模型变化大,张力-速度强耦合的特点,很容易造成控制系统的不稳定。传统的PID控制方法虽然在一定的控制任务下能达到较好的控制效果,但当凹印机联线速度发生变化时,容易造成纸料张力波动,很难达到满意的控制效果。因此,如何降低张力-速度的强耦合,成为凹印机张力控制的重要课题之一。为了提高印刷质量,针对张力-速度的耦合关系,必须对传统的张力控制算法进行改进,本文提出了张力-速度PID自适应解耦控制算法。论文以胡克定律和动态力矩平衡为主要依据,在此基础上建立了凹印机张力控制系统的数学模型,分析了凹印机各个张力区张力和速度的耦合关系,并用MATLAB/Simulink工具建立仿真模型,然后对张力和速度采用PID自适应解耦控制方法,并对控制效果进行了仿真,仿真结果表明该方法比其他控制算法更能有效降低张力-速度之间的耦合程度,改善系统的控制效果,达到恒张力控制的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 凹印机的生产工艺流程
• 1.3 张力控制系统概述
• 1.4 张力控制系统的应用及国内外发展概况
• 1.5 主要研究内容和篇章结构安排
• 第二章 多变量自适应解耦控制算法简介
• 2.1 自适应控制概述
• 2.1.1 自适应控制问题的提出
• 2.1.2 自适应控制的分类
• 2.2 解耦控制概述
• 2.2.1 解耦控制问题的提出
• 2.2.2 解耦控制的分类
• 2.3 多变量自适应解耦控制
• 2.3.1 多变量自适应解耦控制问题的研究对象和特点
• 2.3.2 多变量自适应解耦控制的主要类型
• 2.3.3 多变量自适应解耦控制的算法分类
• 第三章 凹印机张力控制系统建模
• 3.1 凹印机张力控制系统
• 3.1.1 张力控制系统的基本环节
• 3.1.2 凹印机张力控制的主要类型和特点
• 3.1.3 凹印机张力控制的影响因素
• 3.2 系统中各元件模型分析
• 3.2.1 磁粉制动器
• 3.2.2 张力检测器
• 3.2.3 直流电动机
• 3.2.4 直流电动机驱动
• 3.2.5 传动机构—减速箱
• 3.3 受力分析及系统建模
• 3.3.1 放卷环节受力分析
• 3.3.2 印刷环节受力分析
• 3.3.3 生产线简化及建模
• 3.4 张力控制系统的SIMULINK模型搭建
• 3.5 张力控制系统的硬件配置及通信网络
• 第四章 控制策略研究及仿真分析
• 4.1 张力控制策略研究
• 4.1.1 PID控制算法
• 4.1.2 前置反馈解耦控制算法
• 4.1.3 自适应解耦控制算法
• 4.2 放卷和收卷张力区
• 4.2.1 常规的PID控制
• 4.2.2 张力-速度PID自适应解耦控制
• 4.3 印刷张力区
• 4.3.1 前置反馈解耦控制
• 4.3.2 张力-速度PID自适应解耦控制
• 4.4 PID自适应解耦性能评价
• 第五章 总结与展望
• 5.1 主要研究工作总结
• 5.2 后续工作及展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的科研及论文发表情况