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船用型材液压冷弯机的嵌入式控制系统研究

作　者: 黄虎
导　师: 吴百海
学　校: 广东工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 冷弯机 嵌入式 控制系统 驱动程序 模糊PID
分类号: U673.38
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 22次
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内容摘要


在世界航运市场蓬勃发展的今天,中国成为了世界造船的中心。船体型材的加工质量是船舶质量的关键因素,而国内外的型材冷弯机有诸多的缺点,如检测机构庞大,占地面积大,价格高等。为了解决以上问题,以满足中小船厂的实际需要,在永恒液压机械有限公司的YLW-300型冷弯机的基础上进行自动化改造。随着本船用型材冷弯机的研制成功,将会促进我国船舶企业的生产进度,加快我国成为世界第一造船强国的步伐,必将产生良好的经济效益和社会效益。首先,本文对比了广州文冲与龙穴两家船厂的液压冷弯机,总结了其各自的优缺点,分析了国内外造船业冷弯机的发展现状,查看了国内外的相关研究文献,结合了两种类型冷弯机的各自优点,和本课题组的其它成员一起提出了船用型材液压冷弯机的技术方案。在成形控制方法上,本方案采用了基于非端点的控制方法——弦角检测控制法,其大大简化了测量机构,减小了占地面积,适应于中小规模的船厂使用。其次,本文针对本课题技术方案的特点,总结了其它类型冷弯机在控制系统的不足,即：其控制系统软硬件资源不可裁减,成本高等缺点,提出了适合本课题系统的控制方案——基于嵌入式的控制系统方案。具体到本系统：本文是以三星公司的S3C2440A微处理器芯片为主控制器,裁减了不需要的硬件资源,组成了最小启动系统,并在充分分析了本方案对控制系统要求的基础上,设计了组成本课题的冷弯机控制系统所必要的外围的控制电路,如：数据采集电路和模拟输出电路等。再次,软件上是以Linux系统为软件开发平台,为提高系统的响应速度和实时性,裁减了系统的内核,保留了系统开发过程中必须的功能,去掉了不需要的功能。在嵌入式Linux操作系统的基础上,开发了嵌入式控制系统的底层驱动程序。并以QT为图形用户界面开发平台,设计了控制系统的操作界面,开发了冷弯机控制系统的应用程序。最后,由于本系统采用了液压控制系统,存在着非线性,死区,参数时变等不利因素,因此,其位移反馈控制的控制器设计是非常有必要的,本文首先使用经典的PID控制器对其进行控制,效果欠佳,然后再使用模糊参数自适应PID控制算法对系统进行仿真研究,控制性能得到提高。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-10
CONTENTS  10-12
第一章 绪论  12-18
  1.1 船用型材冷弯机研究背景  12-14
  1.2 研究目的和意义  14
  1.3 国内外冷弯机发展概况  14-16
  1.4 冷弯机控制系统发展历程  16-17
  1.5 本课题研究内容及结构  17-18
第二章 冷弯机控制系统技术方案探讨  18-26
  2.1 控制型材成形方法比较  18-21
  2.2 冷弯机控制系统技术方案比较  21-24
    2.2.1 以工控机为硬件基础的控制方案  21-22
    2.2.2 以嵌入式微控制器为硬件基础的控制方案  22-23
    2.2.3 本课题技术方案意义  23-24
  2.3 本章小结  24-26
第三章 冷弯机控制系统开发平台的建立  26-42
  3.1 软件系统开发平台建立  26-29
  3.2 液压冷弯机功能需求  29-33
  3.3 船用型材冷弯机控制系统硬件设计  33-40
    3.3.1 嵌入式微处理器简介  33-35
    3.3.2 电源电路设计  35
    3.3.3 数字量输入输出硬件电路设计  35-36
    3.3.4 模拟量输入输出硬件电路设计  36-40
    3.3.5 放大电路设计  40
  3.4 本章小结  40-42
第四章 冷弯机控制系统软件设计  42-62
  4.1 设备驱动程序设计  42-56
    4.1.1 设备驱动程序概述  42-43
    4.1.2 Digital input驱动程序设计  43-48
    4.1.3 Digital output驱动程序设计  48-50
    4.1.4 Analog input/output驱动程序设计  50-56
  4.2 应用程序设计  56-60
    4.2.1 Qt/Embedded简介  56-57
    4.2.2 Qt核心技术  57-58
    4.2.3 冷弯机应用程序开发  58-60
  4.3 本章小结  60-62
第五章 冷弯机控制系统的控制策略探讨  62-74
  5.1 主弯曲机构控制的数学模型  62
  5.2 PID控制器  62-64
  5.3 模糊控制器  64-65
  5.4 模糊自适应PID控制器设计  65-73
    5.4.1 控制器各参数  66-71
    5.4.2 模糊自适应PID控制器的MATLAB仿真  71-73
  5.5 本章小结  73-74
总结与展望  74-76
  本文工作总结  74
  展望  74-76
参考文献  76-80
攻读学位期间发表的论文  80-84
致谢  84-86
附录  86

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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 造船厂、修船厂 > 船厂设备 > 机械设备
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