凹版印刷机张力控制系统的研究

论文摘要

印刷机张力系统是个变参数的非线性系统,它变速范围大,所以采用的是变频器驱动交流电机作为执行机构。本课题是从张力产生的动力学原理进行分析,建立动力学方程,再结合变频器-交流电机的模型,建立张力控制模型。先对转速环进行数学分析,利用连续系统的工程设计方法,结合典型Ⅰ型系统的设计方法,对转速环的调节器进行分析和设计。凹版印刷机的张力系统要控制的卷辊比较多,收放卷辊的动力学方程不一样,所以在分析张力环时,以收卷辊为类具体分析张力环的控制模型。因为收卷辊的卷径是不断变化的,所以收卷辊的张力模型是个变参数的模型,在本课题的设计中,先假定卷径是固定不变的来求张力环的模型。根据数学计算得出张力环的数学模型是高阶的系统,最后通过实验的方法法来确定张力环的PID三个参数。因为凹版印刷机的转辊很多,这些转辊对系统的张力都有影响,这些转辊有的是通过电机驱动,有的仅仅是起导向作用,所以在本课题中,以三个电机为类来分析张力系统的联动控制,凹版印刷机张力系统由收卷张力系统、导向辊速度系统、放卷张力系统组成,其中,导向辊速度为系统卷材的基准线速度。考虑到张力环的PID参数实际上随着卷径的变化而变化的,所以在本课题中探讨了用模糊PID控制来代替传统的PID控制。这种控制能够根据系统的偏差自动改变PID的三个参数,通过Matlab仿真结果比较可以看出,模糊PID控制比传统的PID控制的自适应能力要强得多,比较适合于凹版印刷机的张力控制系统。张力系统采用PLC作为主控制器,上位机作为监控器来实现。采用西门子开发的PPI协议来完成上位机与PLC之间的通信。并通过上位机实现人机交互界面,方便操作人员对凹版印刷机的监控。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究方向及发展趋势
• 1.3 课题研究的内容
• 1.4 论文的章节安排
• 第2章 凹版印刷机张力系统分析与建模
• 2.1 凹版印刷机张力控制系统介绍
• 2.2 凹版印刷机卷材受力分析
• 2.2.1 张力产生原理
• 2.2.2 收放卷过程受力分析
• 2.2.3 收卷辊锥度张力曲线拟合
• 2.3 凹版印刷机张力系统分析及建模
• 2.3.1 转速环分析
• 2.3.2 收卷部的张力环分析
• 2.4 调节器的参数整定
• 2.4.1 转速环的参数整定
• 2.4.2 张力环的参数整定
• 2.5 模糊自适应PID调节器
• 2.6 凹版印刷机的张力系统综合分析
• 第3章 凹版印刷机张力系统硬件设计
• 3.1 PLC模块
• 3.1.1 PLC选型
• 3.1.2 S7-200型PLC介绍
• 3.2 卷径检测器的硬件电路
• 3.3 张力检测器的硬件电路
• 第4章 凹版印刷机张力系统软件设计
• 4.1 系统主程序
• 4.2 采样频率的选择
• 4.3 软件去干扰
• 4.4 上位机控制软件的设计开发
• 4.5 PLC与上位机的通迅
• 4.6 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 在攻读研究生期间发表的学术论文