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零速接纸机电控系统设计

作　者: 刘焕
导　师: 范颖晖
学　校: 汕头大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 零速接纸机张力控制 PID 稳定性鲁棒性
分类号: TB486
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 43次
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内容摘要

零速接纸机是一种可与多种软包装机械设备配套使用的通用辅助设备。为实现生产过程的连续化,在要求主机不停机的同时保证整个生产过程中张力满足工艺要求,零速接纸机应运而生了。零速接纸机,顾名思义,指的是在接纸过程中,接纸部位保持零速,而主机可以根据设定的速度运行。能做到这一点的主要原因是它较普通塔架式接纸机构增加了一套储纸机构。接纸过程中,主机生产所需纸张由储料架暂时供应,使接纸部位纸张不动,即为“零速”。这样既保证了相当高的接纸成功率和对接时的准确性,又可以保证生产过程无中断。提高产品质量的同时,提升了生产效率。另外,由于接纸可靠性的增强,接头较高速驳接变短,也增加了原料的利用率。本课题研究的零速接纸机着眼应用于印刷机、涂布机、制袋机等软包装机械,具有接纸成功率高、应用范围广、安装操作简单安全性能好的特点。本文首先通过对国内外零速接纸机发展现状的调查,了解了其发展现阶段取得的成绩和依然存在的技术壁垒。针对现阶段零速接纸机在实际应用中对速度和张力的要求,提出了电控系统设计的主要性能指标。由此,针对性地进行硬件的选型和软件设计。主要研究了放卷电机、传感器、制动电阻等硬件选型时需要考虑的要素以及机器运行过程中对薄膜张力的控制的方法,并提出一个初步张力控制方案:闭环PID控制。然后用MATLAB/SIMULINK建立了系统的数学模型,利用该模型分析系统的稳定性和鲁棒性以及其阶跃响应的动态和稳态性能指标。最后,将基于西门子S7-200控制器的零速接纸机的控制程序按照软件特征和控制要求进行编写,并作最后调试。经论证,能够符合接纸过程中张力平稳、速度过渡平滑和安全系数达标的要求。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-13
  1.1 零速接纸机的功能介绍  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 本文研究的重点和难点  11
  1.4 本文的结构简述  11-13
第二章接纸机的机械结构及工作原理  13-19
  2.1 放卷机构  13
  2.2 接纸机构  13-14
  2.3 储纸机构  14-15
  2.4 出料装置  15-16
  2.5 零速接纸机的工作流程  16-19
第三章电控系统方案设计  19-35
  3.1 电控系统设计要求  19-21
    3.1.1 与其他软包装机械设备配套使用的速度要求  19
    3.1.2 零速接纸机本身的张力控制要求  19-20
    3.1.3 逻辑控制要求  20-21
  3.2 系统速度控制的方法分析  21-22
  3.3 系统张力控制器的设计  22-27
    3.3.1 张力的间接控制方式  23-24
    3.3.2 张力的直接控制方式  24-25
    3.3.3 两种张力控制方式的比较  25-27
  3.4 系统逻辑控制功能的改进  27-28
    3.4.1 基本逻辑功能的介绍  27-28
    3.4.2 逻辑功能的改进  28
  3.5 电机以及变频器、传感器的选型  28-35
    3.5.1 电机的选型  28-31
    3.5.2 感应电机IM 用的变频器控制模式介绍  31-32
    3.5.3 张力传感器的功能介绍  32-33
    3.5.4 制动电阻的选型  33-35
第四章张力控制系统数学建模与仿真分析  35-52
  4.1 张力控制系统数学模型建立的理论依据  35-40
  4.2 控制系统传递函数的抽取  40
  4.3 PID 控制器的参数整定——Zeigler-Nichols 整定法  40-42
  4.4 仿真结果分析  42-52
    4.4.1 线性系统的稳定性分析  42-44
    4.4.2 系统的阶跃响应分析  44-47
    4.4.3 系统的鲁棒性分析  47-52
第五章电控系统基于西门子 S7-200PLC 软件设计  52-56
  5.1 软件的控制流程框架图  53
  5.2 程序的调试  53-56
第六章结论、工作总结和展望  56-58
参考文献  58-61
致谢  61

零速接纸机电控系统设计

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