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瓦楞纸板横切机控制系统研究与实现

作　者: 郭建锋
导　师: 余发山
学　校: 河南理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 横切机伺服控制 TRIO运动控制器电子凸轮
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

瓦楞纸板横切机是用于对生产线上连续产出的纸板进行动态定长剪切的设备,即要求在生产线纸板产出速度随意变化时对纸板进行动态定长剪切,俗称“飞剪”。剪切时切刀速度要与纸板速度保持同步,即速度跟随;同时,在跟随过程中实现定长剪切,即位置控制。速度跟随和位置控制互相关联,相互影响。因此,横切机控制是一个复杂的运动控制问题。目前国内尚无成套的横切机控制系统,有一些拼凑的系统,性能较差,难以满足高精度、快速性的控制要求。本文主要针对横切机控制系统开展研究和设计工作,论文在分析横切机生产工艺和控制要求的基础上,采用交流伺服控制技术,按照“运动控制器+伺服驱动器+伺服电机+人机界面”的结构型式,设计了瓦楞纸板横切机伺服控制系统。以切刀运动轨迹的数学模型为理论基础,构造电子凸轮曲线;依据切刀加速度连续的基本原则,设计了切刀位置控制算法;采用模糊逻辑和PID控制算法相结合的控制策略,设计了切刀位置模糊PID控制器。软件设计采用模块化编程思想,利用运动控制器内建的电子凸轮功能,编程实现了切刀位置控制算法;利用运动控制器内的TABLE变量,建立模糊控制查询表,编制查表程序,以实时查询的方式在线修正运动控制器PID参数,实现切刀精确定位控制。仿真及试验结果表明该控制系统具有较高的位置控制精度和良好的速度跟随特性,满足横切机高性能要求,对高性能横切机整套设备的研发具有借鉴意义。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-18
  1.1 课题研究的背景及意义  10-11
  1.2 瓦楞纸板横切机控制系统发展现状  11-14
    1.2.1 国内外瓦楞纸板生产技术发展现状  11-12
    1.2.2 国内外瓦楞纸板横切机控制技术发展现状  12-14
    1.2.3 横切机控制系统的发展趋势  14
  1.3 国内横切机控制系统存在的主要问题  14-15
  1.4 本文主要工作  15-18
2 横切机工艺分析及系统建模  18-26
  2.1 横切机生产工艺  18-19
  2.2 横切机控制要求及技术关键  19-20
    2.2.1 横切机控制要求  19-20
    2.2.2 横切机控制的技术关键  20
  2.3 横切机控制系统数学模型的建立  20-26
    2.3.1 横切机机械结构模型  20-21
    2.3.2 切刀数学模型  21-22
    2.3.3 切刀运动轨迹分析  22-23
    2.3.4 电力拖动运动方程  23-26
3 剪切控制算法研究  26-40
  3.1 控制算法确定  26-27
  3.2 切刀运动轨迹规划及算法实现  27-33
  3.3 切刀位置跟随控制算法  33-40
    3.3.1 位置跟随控制算法的确定  33-34
    3.3.2 PID 控制算法  34
    3.3.3 模糊PID 控制器设计  34-37
    3.3.4 仿真分析  37-40
4 横切机控制系统硬件实现  40-54
  4.1 控制系统的结构方案  40-42
    4.1.1 运动控制系统简介  40-42
    4.1.2 横切机控制系统结构方案  42
  4.2 控制系统硬件选型  42-47
    4.2.1 永磁同步伺服电机及驱动器选型  42-46
    4.2.2 运动控制器选型  46-47
  4.3 电子凸轮原理及实现方式  47-48
    4.3.1 电子凸轮原理  47-48
    4.3.2 电子凸轮的实现方式  48
  4.4 控制系统硬件设计  48-52
    4.4.1 控制系统硬件构架  48-50
    4.4.2 控制系统主回路硬件设计  50
    4.4.3 运动控制器与伺服驱动器连接  50-52
  4.5 伺服系统抗干扰措施  52-54
    4.5.1 伺服系统干扰途径  52
    4.5.2 伺服系统抗干扰措施  52-54
5 横切机控制系统软件设计  54-70
  5.1 系统主程序设计  54-55
  5.2 切刀原点位置初始化程序设计  55-56
  5.3 剪切控制子程序设计  56-62
    5.3.1 电子凸轮表计算流程图  57-58
    5.3.2 剪切控制子程序  58-62
  5.4 模糊 PID 控制算法程序设计  62-64
    5.4.1 模糊 PID 控制算法程序设计流程  62-63
    5.4.2 模糊控制表查询程序设计  63
    5.4.3 模糊 PID 控制算法子程序  63-64
  5.5 订单子程序设计  64-65
  5.6 换单子程序设计  65-66
  5.7 控制系统上位界面设计  66-70
    5.7.1 初始界面设计  66-67
    5.7.2 主界面设计  67
    5.7.3 参数设置界面设计  67-68
    5.7.4 订单管理界面设计  68
    5.7.5 历史记录界面设计  68-69
    5.7.6 报警界面设计  69-70
6 控制系统试验分析  70-78
  6.1 试验平台的搭建  70-72
  6.2 试验内容  72-76
    6.2.1 程序测试  72-73
    6.2.2 连续运行试验  73-74
    6.2.3 定长剪切试验  74-75
    6.2.4 给定扰动剪切试验  75-76
  6.3 试验结果分析及总结  76-78
7 总结与展望  78-80
  7.1 总结  78-79
  7.2 展望  79-80
参考文献  80-82
作者简历  82-83
学位论文数据集  83

瓦楞纸板横切机控制系统研究与实现

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