基于卡尔曼滤波的张力控制系统研究

论文摘要

钢丝在国民经济中占有重要的地位。拉丝机是金属制品制造的主要生产设备之一,它是整个钢丝绳制造生产过程中最重要的环节,对提高钢丝质量具有重要影响。本文详细地介绍了各种规格型号的拉丝机及其优缺点,阐述了拉丝机的原理、工艺和设备的情况。指出张力控制系统在拉丝机控制系统中的重要作用。并根据现场环境以及前张力、后张力等外界干扰的特点,在张力控制系统中添加卡尔曼滤波算法,有效的抑制了噪声干扰,提高了系统的稳定性。本文的研究内容包括：通过对拉丝机的组成和分类对比,介绍了活套式拉丝机,传统直进式拉丝机以及现代直进式拉丝机,讲述了现代直进式拉丝机的工作原理以及设备的工艺参数,总结出拉丝机控制系统的核心部分为钢丝的张力控制。在分析钢丝张力的产生原理以及控制方法的基础上,建立以张力PID控制系统为核心的拉丝机数学模型,为张力控制系统的仿真奠定了基础。由于现场环境复杂,在实际的控制系统中不可避免地存在噪声干扰,因此本文在传统的张力PID控制系统中加入卡尔曼滤波控制算法,通过卡尔曼滤波算法将现场的噪声干扰滤掉,有效地提高了系统的稳定性。仿真结果表明基于卡尔曼滤波的张力控制系统要明显地好于传统的PID控制方法,有效的抑制了干扰,使系统有了较快的响应速度,同时也保证了控制精度,满足现场未来发展的需要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 拉丝机张力控制系统研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 拉丝机控制张力控制系统
• 2.1 拉丝机简介
• 2.1.1 拉丝机的组成
• 2.1.2 拉丝机的分类
• 2.2 拉丝机的工作原理
• 2.2.1 直进式拉丝机电气工作原理的数学模型
• 2.2.2 直进式拉丝机电气系统的调节
• 2.2.3 直进式拉丝机系统工业总线特点
• 2.3 生产过程中设备与工艺常用的参数
• 2.4 拉丝机的功率校核的方法
• 2.4.1 卷筒可无级调速的拉丝机
• 2.4.2 卷筒不可无级调速的拉丝机
• 2.5 本章小结
• 第三章 拉丝机张力控制系统
• 3.1 引言
• 3.2 张力模型研究
• 3.2.1 张力控制原理
• 3.2.2 张力的产生与基本概念
• 3.2.3 钢丝张力控制方法
• 3.3 拉丝机张力模型建立
• 3.3.1 拉丝机机构分析
• 3.3.2 拉丝机张力模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 拉丝机张力系统卡尔曼滤波控制器设计
• 4.1 拉丝机张力控制中存在的问题
• 4.2 基于卡尔曼滤波张力控制算法基础
• 4.3 基于Kalman滤波的张力控制算法
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于卡尔曼滤波的张力控制系统仿真
• 5.1 拉丝机张力卡尔曼滤波器控制设计
• 5.2 基于卡尔曼滤波张力控制系统仿真
• 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