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带材纠偏电液伺服系统的仿真与研究

作　者: 唐成文
导　师: 袁胜发
学　校: 华中农业大学
专　业: 农业电气化与自动化
关键词: 带材纠偏电液伺服系统模糊自整定PID控制 AMESim/Simulink 联合仿真 DSP
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 62次
引　用: 1次
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内容摘要

在纸张、布匹、皮带、薄膜、箔材以及各种金属带等带材(板状制品)的卷料、分切、涂布、收料过程等加工处理过程中,经常需要使产品边缘保持恒定的位置上,即纠偏控制装置是其中不可缺少的关键设备,良好的纠偏控制性能是高质量带材产品和高生产效率的重要保证。控制系统如何在设备高速运转的基础上,仍具有良好的控制精度是目前纠偏设备研究的共同课题。本文以铜带清洗机列卷取纠偏控制系统为研究对象,系统分析了带材产生跑偏的原因以及所采取的措施,对整个带材纠偏控制系统进行了综合设计与分析,并以铜带卷取过程中的横向跑偏量为输入控制量,借助MATLAB/Simulink技术对控制系统进行了数学传递函数建模与分析,研究了系统的稳定性、动态响应以及稳态误差。文章又针对本系统的控制需求进行了控制器的选用,常规PID控制以其结构简单,实用性强等优点在目前控制系统中得到大量应用,但常规PID控制适应能力差。针对这种情况,本文设计了一种具备参数自调整的模糊PID控制器,以来改善带材纠偏系统的控制性能。此外,还针对电液伺服控制系统精确模型建立困难的问题,本文采用专业液压仿真软件AMESim对系统建立精确的液压系统物理模型,利用联合仿真接口技术将控制仿真软件Simulink联合,并通过在MATLAB/Simulink中建立的常规PID控制器模型和模糊自适应PID控制器对系统进行仿真与分析。研究结果表明,模糊PID控制比常规PID控制具有良好的控制能力,整个伺服系统设计合理。从理论上,为控制系统的实现提供了依据。最后,为有效实现控制算法的应用,本课题选用了DSP数字信号处理器作为伺服控制器的CPU。这种基于DSP的控制系统与基于工控机控制系统和基于单片机的控制系统相比,具有功耗低、体积小、性价比高、运行速度快、能够实现复杂的控制算法以及易于升级扩展等优点。根据纠偏电液伺服控制系统的需求,对伺服控制器进行了电路设计,主要包括电源模块、A/D和D/A转化模块、人机界面模块、串口通信模块、存储器模块、时钟与复位模块以及JTAG接口模块。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
第1章绪论  9-14
  1.1 课题的提出及研究意义  9
  1.2 带材跑偏的原因及存在问题  9-10
  1.3 带材纠偏电液伺服控制系统的发展现状  10-12
  1.4 智能控制理论  12
  1.5 本课题的研究任务  12-14
第2章电液伺服带材纠偏控制系统的工作原理及要求  14-17
  2.1 带材纠偏控制系统的介绍  14-15
  2.2 控制系统的基本要求  15-16
    2.2.1 控制对象的主要参数  15-16
    2.2.2 对控制系统的要求  16
  2.3 本章小结  16-17
第3章带材纠偏电液伺服系统的设计与Simulink仿真分析  17-32
  3.1 纠偏控制系统整体设计方案  17-18
  3.2 电液伺服控制系统主要参数的确定与选型  18-21
    3.2.1 油源  18
    3.2.2 确定伺服液压缸的参数与选型  18-20
    3.2.3 伺服阀参数确定与选型  20-21
    3.2.4 液压泵与电动机的选型  21
  3.3 电液伺服控制系统的Simulink建模与分析  21-31
    3.3.1 液压动力元件的传递函数  22-25
    3.3.2 伺服阀的传递函数  25-26
    3.3.3 其他组成元件传递函数  26-27
    3.3.4 电液伺服控制系统动态品质分析  27-31
  3.4 本章小结  31-32
第4章系统控制器的设计  32-55
  4.1 PID控制  32-38
    4.1.1 PID控制原理  32-34
    4.1.2 数字式PID控制器  34-35
    4.1.3 PID控制器参数的工程整定  35-38
  4.2 模糊控制器的设计  38-47
    4.2.1 模糊控制的简介  38-39
    4.2.2 模糊控制的基本原理  39-41
    4.2.3 模糊控制器设计的基本方法  41-47
  4.3 模糊自适应整定PID控制器的设计  47-53
    4.3.1 模糊PID控制的原理  47-48
    4.3.2 模糊PID控制器的设计  48-53
  4.4 电液伺服模糊PID控制仿真  53-54
  4.5 本章小结  54-55
第5章带材纠偏电液伺服系统AMESim建模与联合仿真研究  55-66
  5.1 AMESim的简介  55-58
    5.1.1 AMESim的功能  55-56
    5.1.2 AMESim的特性  56-57
    5.1.3 所需应用的AMESim库  57-58
  5.2 带材纠偏电液伺服系统AMESim建模  58-60
    5.2.1 推进液压缸与负载模型的建立  58-59
    5.2.2 液压系统模型的建立  59
    5.2.3 系统参数的设置  59-60
  5.3 AMESim与Simulink的联合仿真  60-65
    5.3.1 联合仿真设置与模型建立  61-63
    5.3.2 带材纠偏电液伺服系统的仿真结果与对比分析  63-65
  5.4 本章小结  65-66
第6章 DSP嵌入式系统实现伺服控制器的硬件设计  66-77
  6.1 DSP的概述  66-68
  6.2 系统功能模块的设计  68-69
  6.3 基于TMS320F2812电液伺服控制器的硬件设计  69-76
    6.3.1 电源和复位电路设计  69-70
    6.3.2 时钟及存储器  70-72
    6.3.3 A/D及D/A转换电路  72-73
    6.3.4 串口通信模块  73-75
    6.3.5 人机界面模块  75-76
  6.4 本章小结  76-77
第7章结论与展望  77-79
  7.1 论文总结  77-78
  7.2 展望与探讨  78-79
参考文献  79-83
致谢  83-84
附录  84-85
攻读学位期间发表的学术论文  85

带材纠偏电液伺服系统的仿真与研究

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