基于FPGA带钢对中控制的研究

发布时间：2017-08-23 02:22

  本文关键词：基于FPGA带钢对中控制的研究

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【摘要】：近些年,随着全球工业经济的飞速发展,带钢的应用范围越来越广,已经成为工业生产中应用最广泛的必需品,因此对带钢的质量要求也随之增高。面对带钢冷连轧(Steel cold tandem rolling,SCTR)自动化生产中遇到的位置偏移(跑偏)的现象,实现高效控制是当前带钢冷连轧自动化生产重要的环节。传统的带钢纠偏系统控制器稳定性较差,调节缓慢,超调过大,因此提出一种高性能的控制策略显得尤为重要。本文分析了带钢的跑偏原因以及现今国内外的控制方法。提出以伺服阀驱动液压系统的方式作为驱动系统,选用更加可靠的工业CCD作为反馈采集系统,本文通过分析比较Z-N法、遗传算法、标准粒子群优化算法(PSO)算法的优劣,并改进了粒子群优化算法(MPSO)来优化PID控制,从而提出了MPSO-PID控制器的详细设计步骤,结果表明其能达到系统的预期精度要求,使系统更快速、更稳定地运行。另外,为了验证算法的可行性,将该控制算法应用到FPGA平台,提出了一种基于FPGA差异演化动态权重PSO优化PID控制器的方法。利用VHDL语言和Quartus II图形输入方法编写改进的PSO优化PID算法,用Model Sim仿真验证了设计结果的准确性,用DSP Builder和MATLAB的SIMULINK平台,获得了该控制方法应用到带钢对中系统的结果。实验结果证明,基于FPGA改进PSO优化PID的控制方法在带钢冷连轧的应用,使得系统超调量更小、更加稳定、调节更加快速,符合各项设计要求,对带钢冷连轧的纠偏领域具有非常大的实际意义。
【关键词】：带刚冷连轧 对中纠偏 改进粒子群算法 PID控制 FPGA
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG334.9
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题研究的背景及意义10-11
• 1.2 带钢纠偏系统的研究动态11-12
• 1.3 课题研究内容12-13
• 1.4 本文主要结构安排13-15
• 第2章 带钢冷连轧对中系统15-30
• 2.1 带钢对中控制系统概述15-16
• 2.2 带钢对中控制系统原理16-17
• 2.3 带钢对中控制系统的构造17-21
• 2.3.1 按检测传感器分类17-19
• 2.3.2 按对齐位置划分19-21
• 2.4 执行机构21-22
• 2.4.1 电液伺服系统21-22
• 2.4.2 电液伺服对中执行机构的组成结构及原理22
• 2.5 控制器22-23
• 2.6 带钢对中控制系统数学模型建立23-26
• 2.6.1 物理模型建立原则23-24
• 2.6.2 相关环节24-25
• 2.6.3 系统传递函数25-26
• 2.7 系统的稳定性和快速性分析26-29
• 2.7.1 MATLAB简介26
• 2.7.2 系统频率特性及波特图26-28
• 2.7.3 系统分析28-29
• 2.8 本章小结29-30
• 第3章 改进粒子群优化PID算法设计30-37
• 3.1 PID控制器策略简介30-31
• 3.2 PID控制原理31
• 3.3 比例、积分和微分环节31-32
• 3.4 ZN法设计PID-C32
• 3.5 标准粒子群算法32-34
• 3.6 改进惯性权重ω34
• 3.7 差异演化粒子群的改进34-35
• 3.8 本章小结35-37
• 第4章 基于改进粒子群优化PID算法的带钢对中系统37-45
• 4.1 交叉变异粒子群的PID控制系统原理37-38
• 4.2 适应度函数选取38-39
• 4.3 改进PSO算法优化PID-C参数流程39-40
• 4.4 算法参数要求40-42
• 4.4.1 对中控制系统已知参数与要求40-41
• 4.4.2 带钢对中控制系统传递函数41-42
• 4.4.3 带钢对中控制系统的仿真要求42
• 4.5 系统仿真结果42-44
• 4.6 不同算法性能指标对比44
• 4.7 本章小结44-45
• 第5章 改进型PSO优化PID算法在FPGA中的实现45-73
• 5.1 FPGA概述45-46
• 5.2 FPGA开发流程46-49
• 5.3 FPGA改进粒子群优化PID系统架构49-50
• 5.4 基于FPGA的粒子群优化PID系统改进50-67
• 5.5 改进PSO优化PID控制模块设计67-70
• 5.6 仿真结果70-72
• 5.7 本章小结72-73
• 结论73-75
• 参考文献75-78
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果78-79
• 致谢79-80
• 作者简介80

【参考文献】

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本文编号：722444