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一种克服带材蛇行运动的重复纠偏控制系统

作　者: 彭庆海
导　师: 陈德传
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 带材跑偏 纠偏控制 重复控制 实时操作系统
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


带材跑偏是指软包装印刷材料、纺织物、金属箔带等各类可绕性带材在生产运行中,由于前道工序卷绕不齐,或生产机组中的机械振动、各生产单元间的速度失调等诸多原因,而导致带材呈蛇行运动状态的横向跑偏。这将造成收卷时带材边缘或印刷图案边缘不整齐、降低产品质量、增加原料损耗。本文针对带材在生产过程中存在的类似周期性蛇行跑偏问题,设计了一种基于自适应重复控制与前馈控制相结合的新型纠偏控制系统。首先,本文分析了带材跑偏的原因,并从跑偏原因入手简述了跑偏干扰信号的特点。并以放卷纠偏为例详细介绍了新型纠偏放卷控制系统的总体设计方案,分析了系统工作原理;通过对现有纠偏产品功能及用户新需求的分析基础上,将系统的软硬件部分进行功能划分,以设计一种性能稳定、灵敏度高、操作方便的新型纠偏控制系统。其次,通过分析放卷纠偏系统对象数学模型的特性,并根据重复控制对周期性信号所具有的良好跟踪性能的特点,设计了以重复控制与跑偏频率统计自适应为主的新型综合纠偏控制算法;利用MATLAB平台,对克服多种类型跑偏信号的新型放卷纠偏控制系统进行仿真研究,并将其仿真结果与“PID+前馈”纠偏方案的仿真结果进行比较分析,验证了新型综合纠偏控制算法的显著优点,并为算法实现提供了较为可靠的理论依据。最后,完成了新型纠偏控制器的软、硬件设计。硬件部分包括:嵌入式主控制板电路、信号采集电路、功率板电路和人机交互控制面板等,对其中的重要部分进行了方案论证;软件部分采用基于μCOS-II实时操作系统的模块化设计思路,将软件分解为数个任务模块,详细介绍了自适应重复控制算法的实现、PWM控制输出和人机交互等的实现。通过理论分析与实验结果表明,本系统达到了预期研究目的,将具有良好的应用前景。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章 绪论  11-17
  1.1 纠偏控制系统的用途和意义  11
  1.2 跑偏产生的原因分析  11-12
  1.3 带材纠偏控制系统的现状与发展趋势  12-16
    1.3.1 纠偏控制系统的基本类型  12-13
    1.3.2 跑偏传感器概况  13-14
    1.3.3 纠偏执行器概况  14-15
    1.3.4 纠偏方法概况  15
    1.3.5 纠偏控制系统的发展趋势  15-16
  1.4 本论文的研究内容  16-17
第2章 新型带材纠偏系统的总体方案  17-21
  2.1 新型纠偏系统的结构及功能分析  17-18
  2.2 新型纠偏控制器的软硬件方案与功能分配  18-20
    2.2.1 硬件方案  18-19
    2.2.2 软件方案  19-20
  2.3 核心器件选型  20
  2.4 本章小结  20-21
第3章 纠偏控制系统的算法研究及仿真分析  21-34
  3.1 纠偏控制系统的建模与纠偏算法研究  21-23
    3.1.1 纠偏控制系统的建模  21-22
    3.1.2 纠偏算法研究  22-23
  3.2 纠偏控制系统的自适应重复控制算法  23-28
    3.2.1 重复控制的基本原理  23-24
    3.2.2 重复控制器的结构及功能  24-27
    3.2.3 基于自适应重复控制器的纠偏控制系统数学模型  27-28
  3.3 仿真分析  28-33
    3.3.1 仿真结构图  28-30
    3.3.2 两种纠偏算法对不同跑偏干扰信号的仿真对比  30-32
    3.3.3 仿真研究结论  32-33
  3.4 本章小结  33-34
第4章 新型纠偏控制器的硬件设计  34-48
  4.1 硬件总体框架与接口定义  34-36
  4.2 各单元硬件设计  36-46
    4.2.1 MCF52235 主控制板电路  36-38
    4.2.2 驱动电路设计  38-40
    4.2.3 信号采集处理电路设计  40-42
    4.2.4 电源配置电路设计  42-43
    4.2.5 人机交互电路及人机界面  43-46
  4.3 整机连接与工作原理  46-47
  4.4 本章小结  47-48
第5章 新型纠偏控制器的软件设计  48-64
  5.1 软件功能及其结构  48
  5.2 主控制板软件设计流程及程序架构  48-52
    5.2.1 主控制板嵌入式操作系统μC/OS-II 的移植  48-51
    5.2.2 主控制板的程序架构  51-52
  5.3 纠偏重复控制算法的实现  52-56
    5.3.1 常规 PID 纠偏重复控制算法的实现  52-54
    5.3.2 新型纠偏重复控制算法的实现  54-56
  5.4 主控制板主要任务程序设计  56-60
    5.4.1 信号采样任务程序设计  56-57
    5.4.2 PWM 波形输出任务程序设计  57-58
    5.4.3 串行通信中断服务子程序  58-60
  5.5 人机交互部分程序设计  60-61
  5.6 软件测试过程及结果  61-63
  5.7 本章小结  63-64
第6章 实验与分析  64-67
  6.1 实验装置  64
  6.2 实验分析  64-67
第7章 总结和展望  67-69
  7.1 总结  67-68
  7.2 不足与展望  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-73
附录一 纠偏控制器电路图  73-77
附录二 作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目  77

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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