缠绕张力控制系统控制策略研究

发布时间：2020-09-18 16:35

　　 缠绕张力控制系统广泛的应用于造纸、纺织等行业,钢带缠绕预应力模具生产是一种重要的张力控制应用,只有稳定、精确的控制卷材张力才能保证良好的模具预应力均匀分布,提高模具产品使用寿命。缠绕张力控制系统是一种多变量、时变性、强耦合的复杂控制系统。模具缠绕过程中,因为半径变化、卷材材质等因素导致张力抖动问题,影响产品加工质量。因此开展缠绕张力控制系统控制策略研究,对提高张力的控制性能具有重要的理论意义和应用价值。本文以钢带缠绕预应力模具生产为研究对象,研究缠绕张力控制系统控制策略,抑制张力抖动,提高张力的控制性能。完成的主要研究工作如下:缠绕张力控制系统控制理论研究。针对钢带缠绕预应力模具生产的应用,采用了双电机缠绕张力控制系统结构,分析了缠绕张力形成原理,特别对产生张力抖动问题的影响因素进行了分析。建立了缠绕张力控制系统的收卷部分和放卷部分动力学数学模型。缠绕张力控制系统的控制策略研究。根据钢带缠绕预应力模具的张力要求,提出了基于阈值切换的缠绕电机的起、停顺序控制策略。放置模具的收卷辊采用恒线速度闭环控制策略,放置卷绕钢带的放卷辊采用张力闭环控制策略。通过分析、比较目前采用的张力控制系统控制器的几种控制算法,提出了放卷侧张力控制器和收卷侧速度控制器的控制算法。缠绕张力控制系统控制策略的仿真研究。应用Matlab/Simulink,对双电机结构缠绕张力控制系统进行了仿真建模。分别对收卷侧速度控制器及放卷侧张力控制器采用不同控制算法时的系统运行的控制性能进行了仿真实验研究,特别是开展了它们对于张力抖动的抑制效果的仿真实验比较。提出张力积分分离模糊PID控制策略抑制张力抖动,设计控制系统。融合模糊控制和积分分离PID控制各自的优势,提出了张力的积分分离模糊PID控制算法,设计了积分分离模糊PID张力控制器。针对钢带缠绕预应力模具的恒张力和变张力两种控制要求,并考虑缠绕半径扰动因素,进行了积分分离模糊PID张力控制系统仿真实验研究。通过对比分析,验证了该策略对张力抖动具有良好的抑制效果。最后,依托钢带预应力模具缠绕实验平台,完成了PLC监控系统的硬件、软件设计。
【学位单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TG76;TP273
【部分图文】：

永磁同步电机动态数学模型

收、放卷初始半径 Rf0、Rs00.1m卷材厚度 h 0.001m卷材宽度 w 40mm弹性模量 E 200KN/mm2放卷给定线速度 v20.2m/s张力给定值 F 2000N制策略仿真卷侧的恒线速度闭环控制分析研究可知，为了保持收进行电动机变转速调节。为了验证收卷电机的变转速的双电机结构缠绕张力控制系统仿真模型，其中速度时间设置为 t=15s，在 Matlab/Simulink 中进行仿真实如图 4.14 所示，收卷电机变转速调节仿真曲线如图 4

图 4.15 收卷电机变转速调节仿真曲线侧速度控制器在选用不同控制算法时对线速度控制4.13 中的双电机结构缠绕张力控制系统仿真模型度设定为 vs=0.2m/s，收卷侧速度控制器的控制算器中 PID 控制的比例、积分、微分初始参数分为；当采用模糊自适应 PID 控制算法时，根据模型仿变化量和量化因子的计算公式（3.3）和比例因子Kec_v=0.01，比例因子 K kp_v=2、 K ki_v=0. 2、K k模糊自适应 PID 控制算法比其它控制算法对收卷图 4.13 中的速度控制器分别采用 3.2 节中分析研究算法和模糊自适应 PID 控制算法。ulink 中对收卷侧速度控制器采用 PID 控制算法的 PID 控制方式的收卷侧线速度仿真曲线如图 4.16

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本文编号：2821901