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巨型工程胎胎面缠绕生产线控制系统的设计与研发

作　者: 王存雷
导　师: 李冬辉；范宇光
学　校: 天津大学
专　业: 控制工程
关键词: 巨型子午线轮胎成型机胎面缠绕 PID 控制模糊控制电子凸轮
分类号: TQ336.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

工程轮胎在矿山、工地等不同使用条件下,轮胎承受的负荷和所受的应力均较大,胎面及花纹的性能各异;工程胎胎面直接与地面接触,在设计上要求胎面上层胶必须有良好的耐磨性,耐刺扎能力及抗疲劳裂口能力;胎面下层胶承受较大的剪切应力,特别在胎肩部位,是轮胎应力最大的部位,生热高、散热困难,因此要求胎面下层胶有良好的耐热性能,在较高温度下也能保持优良的物理机械性能,并且抗剪切能力强,回弹性大,生热低、与缓冲层粘合力强,对胎侧胶的主要要求是应具有良好的耐屈挠性、耐老化性。可以说胎面的胶料性能、结构和制作工艺很大程度上决定了工程轮胎胎面的综合性能。进入21世纪,随着公路交通和采矿业的迅速发展,使得大型的工程机械轮胎的需求不断的增加。大型工程轮胎直径大,断面宽,胎面厚,传统的贴合工艺已经不能满足正常的生产要求,同时断面宽,厚度大的胎面人工贴合很难搬运,而且容易产生窝气现象,因此,研制出高效、低价且满足国内生产厂家要求的轮胎胎面缠绕设备具有非常重要的现实意义。本文主要分析了胎面缠绕的基本原理,研究了现有缠绕方式的优缺点,经过对比分析,针对速度控制系统具有非线性、多变性、时滞、未建模动态性和有界干扰等特点,设计了模糊自适应PID控制器,在PLC原有的PID控制功能的基础上,增加模糊控制算法,实现输入量的模糊化、模糊控制表的查询、输出量去模糊化,再对PID参数进行调整;又针对缠绕过程的连续精确定位控制,采用电子凸轮的控制方式,实现轮胎胎面较为复杂的形状实现;并在此基础上编写了PLC程序,实现上述控制方法。与传统的缠绕方法相比,减少了对缠绕前基面的扫描,大大节约了缠绕时间;另外,由于不需要对基面进行扫描,缠绕后,胎面的形状受前序工艺影响很小,重复精度高。为保证缠绕重量和形状的准确,在胶条输送过程中采用伺服控制,使胶条均匀拉伸,保证缠绕前胶条的稳定。利用Rockwell基于Factory Talk平台下的RS-View制作了上位机监控界面,达到设备的可视、远程、实时监控。根据上述设计方案,研制开发了巨型工程胎胎面缠绕控制系统,经过场内试车,用户调试等阶段,重量控制精度在±1.5%以内,形状误差在±2mm以内,气泡控制符合工艺标准,产品已经达到用户要求,并投入使用。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-12
  1.1 选题的背景和意义  8-10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 论文研究工作与论文结构  11-12
第二章巨型工程胎胎面缠绕生产线控制系统方案制定  12-23
  2.1 国外同类产品功能分析  12-14
    2.1.1 美国NRM 缠绕机功能结构分析  12-14
    2.1.2 美国NRM 缠绕机设备参数  14
  2.2 国内厂商的需求分析  14-15
  2.3 设备控制原理分析  15-17
  2.4 巨型工程胎胎面缠绕生产线控制系统设计方案  17-18
  2.5 上位机与PLC 之间通信方式选择  18-23
第三章巨型工程胎胎面缠绕生产线控制理论基础  23-40
  3.1 被控对象的建模及特性分析  23-24
  3.2 模糊控制  24-25
  3.3 模糊PID 控制器的设计  25-33
    3.3.1 设计思想  25-28
    3.3.2 论域的选择  28-29
    3.3.3 量化因子及其确定方法  29
    3.3.4 比例因子的选择  29-30
    3.3.5 隶属函数的确定  30-31
    3.3.6 模糊规则表的建立  31-33
  3.4 电子凸轮的设计  33-40
    3.4.1 传统机械凸轮的运动规律  33-35
    3.4.2 电子凸轮的工作原理及初始设计方法  35-40
第四章巨型工程胎胎面缠绕生产线控制系统的软硬件设计  40-59
  4.1 胎面缠绕生产线的硬件系统设计  40-44
  4.2 胎面缠绕生产线的软件系统设计  44-59
    4.2.1 上位机程序的设计  44-46
    4.2.2 PLC 程序的设计  46-49
    4.2.3 上位机与PLC 之间通信程序设计  49-50
    4.2.4 模糊自适应PID 控制的应用  50-54
    4.2.5 基于PLC 程序的“位置—位置”电子凸轮  54-59
第五章系统运行结果  59-67
  5.1 设备运行状况  59-60
  5.2 巨型工程轮胎胎面缠绕生产线的运行效果  60-64
  5.3 实现的主要技术参数和特性  64-67
第六章结束语  67-69
  6.1 论文总结  67-68
  6.2 问题与展望  68-69
参考文献  69-72
致谢  72

巨型工程胎胎面缠绕生产线控制系统的设计与研发

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