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基于模糊控制的纠偏控制器设计

作　者: 赵万剑
导　师: 徐耀良
学　校: 上海电力学院
专　业: 电气工程
关键词: 颜色传感器纠偏控制器模糊控制信号采集数字滤波
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着现代化工业生产的飞速发展,纠偏控制器得到越来越广泛的应用,尤其是在包装印刷行业,纠偏控制已必不可少。而纠偏控制器的被控对象也从单一的黑白色越来越多的向彩色发展。目前市场上的纠偏控制器不能对卷材按颜色的方式进行纠偏,因此,设计一款能够对卷材按颜色的方式进行高精度纠偏的纠偏控制器显得尤为重要。本文在总结国内外纠偏控制器研究与发展现状的基础上,使用美国TAOS公司的TCS230颜色传感器代替目前市场上纠偏控制器中广泛使用的光电传感器。为了有效消除纠偏控制器的检测盲区,采用两传感器互补交错布置的结构,构建采集系统硬件平台,通过对TCS230输出的数字信号分别进行脉冲和脉宽采集,比较两者优缺点,选择一种更符合纠偏控制器使用的脉宽信号采集法,并对所采集到数据进行中值数字滤波。同时,基于脉宽测量法对TCS230RGB三种滤波片的输出值进行采集、分析和相对比值处理,并对颜色进行模糊识别,实现了采集系统滤波片的自动选择。为了解决纠偏控制器的被控对象在高速运行状态下所具有的复杂非线性和提高纠偏控制器的纠偏精度,基于被控对象的模型特征和传递函数,从简单的一维模糊控制算法入手,设计了一种参数自调整的PD二维模糊控制算法,同时,可根据实际工况调整控制器的灵敏度。最后,在完成各个底层模块调试的基础上,实现了整个纠偏控制器的联合调试。实验结果表明,纠偏控制器的响应时间能够从20ms提高到5ms,在执行机构速度允许的前提下,系统的纠偏精度能够从常规控制效果下的±0.3mm最高提高到±0.1mm。在卷材为不同色彩的情况下,系统能够自动对滤波片进行最优选择,实现纠偏控制器对卷材按颜色的方式进行高精度自动纠偏。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
1 绪论  11-15
  1.1 引言  11
  1.2 课题研究背景及意义  11-12
  1.3 国内外研究现状  12-13
  1.4 本论文主要内容  13-15
2 纠偏控制器的总体设计  15-21
  2.1 系统功能要求  15
  2.2 系统技术指标  15-16
  2.3 纠偏控制器的组成  16-19
    2.3.1 纠偏控制器整体结构  16
    2.3.2 传感器  16-18
    2.3.3 控制器  18
    2.3.4 执行机构  18-19
  2.4 模糊控制在纠偏控制器的应用  19-20
  2.5 本章小结  20-21
3 系统硬件设计  21-33
  3.1 硬件系统概述  21-22
  3.2 传感器采集模块  22-26
    3.2.1 传感器布局  22-24
    3.2.2 采集系统设计  24-26
  3.3 电源及驱动模块  26-28
    3.3.1 电源设计  26-27
    3.3.2 驱动设计  27-28
  3.4 控制面板模块  28-30
    3.4.1 指示灯设计  28-29
    3.4.2 按键、数码管驱动设计  29-30
  3.5 串口通信  30
  3.6 主控制器设计  30-31
  3.7 硬件PCB设计  31-32
    3.7.1 元器件布局  31-32
    3.7.2 PCB布线  32
  3.8 本章小结  32-33
4 系统软件设计  33-45
  4.1 软件系统概述  33-34
  4.2 传感器软件设计  34-41
    4.2.1 采集系统总体设计  34-36
    4.2.2 数据采集设计  36-38
    4.2.3 数字滤波算法设计  38-40
    4.2.4 双机通讯  40-41
  4.3 监控系统设计  41-44
    4.3.1 电机驱动设计  43
    4.3.2 按键、数码管驱动设计  43-44
  4.4 本章小结  44-45
5 模糊控制软件设计  45-56
  5.1 模糊控制理论  45-46
    5.1.1 模糊控制简述  45
    5.1.2 模糊控制器工作原理  45-46
  5.2 滤波片自动选择设计  46-49
    5.2.1 白平衡校正  46-47
    5.2.2 软件设计  47-49
  5.3 检边控制程序设计  49-53
    5.3.1 一维模糊控制设计  49-51
    5.3.2 PD一维模糊控制设计  51-53
    5.3.3 参数自调整PD二维模糊控制设计  53
  5.4 检线控制程序设计  53-55
  5.5 本章小结  55-56
6 整机调试与实验  56-67
  6.1 双机通信与串口通信测试  56-58
  6.2 传感器调试  58-59
    6.2.1 数据采集调试  58
    6.2.2 滤波算法调试  58-59
  6.3 按键、数码管驱动测试  59-60
  6.4 滤波片自动选择测试  60-62
  6.5 控制程序调试  62
  6.6 整机调试与结果分析  62-66
    6.6.1 整机调试  62-63
    6.6.2 检线控制实验结果与分析  63-65
    6.6.3 检边控制实验结果与分析  65-66
  6.7 本章小结  66-67
7 总结与展望  67-69
  7.1 总结  67-68
  7.2 展望  68-69
参考文献  69-72
附录一：系统电路原理图  72-74
附录二：PCB图  74-75
附录三：系统样机实物  75-76
附录四：变量、函数的声明  76-78
附录五：初始化设置程序  78-81
附录六：主程序  81-82
附录七：采集系统程序  82-84
附录八：数字滤波程序  84-85
附录九：滤波片自动选择程序  85-88
附录十：I~2C通讯程序  88-90
附录十一：模糊控制程序  90-94
附录十二：滤波算法调试程序  94-96
致谢  96-97
攻读硕士学位期间取得的研究成果  97

基于模糊控制的纠偏控制器设计

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