基于PID控制的等离子弧压调高控制器的研究

发布时间：2017-09-30 09:04

  本文关键词：基于PID控制的等离子弧压调高控制器的研究

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【摘要】：公司生产活动中涉及到较多的金属板材下料过程,一般的金属板材下料方法有氧气乙炔下料、激光下料、等离子下料等。等离子下料中的精细等离子切割技术在对板材加工时其加工质量可以媲美激光下料的加工质量,但其动能及辅材的投入小于激光。为提高等离子下料效率及下料精度,同时可进行批量柔性化生产,数控等离子切割技术被应用于金属板材下料。数控等离子切割方式在实现批量柔性化生产的同时,降低了操作人员的劳动强度,同时可以实现板材整体套料减少了材料浪费。从而加快了生产的进程,降低了成本,保障了产品质量。随着公司对产品品质要求的不断提高,手工等离子切割已经不能满足切割零件精度要求,因此公司在金属板材下料过程中引进数控等离子切割机以替代手工等离子下料,尽量采用高精度的自动化切割设备以满足生产需求。数控等离子切割过程中等离子切割枪与工件的高度影响到设备耗材使用的寿命、切割零件的切割质量及切割电源电流、电压的变化等方面,所以对数控等离子切割枪的高度控制是设备参数的一个重要因素。目前设备使用的调高控制器多为模拟量控制,采用PWM控制电机进行高度控制,模拟量控制器采用模拟电路进行信号的采集和处理,可采用简单的控制电路实现基本控制功能,所以其制造成本比数字信号控制系统低,但其信号处理速度较慢容易产生滞后的控制量输出,导致控制实际输出滞后于预期,割据出现较大波动,操作人员需要进行频繁调整,增大了操作人员的劳动量。为改善调高控制器的调整精度与响应速度,本课题准备利用单片机采用增量式PID控制方式并结合伺服控制系统进行调高控制器的研究。本次研究以仿真实验为主,所以根据编制的程序和现场实际情况对硬件电路进行搭建,并根据实验程序进行仿真。为模拟现场弧压反馈,采用滑动变阻器来控制输入电压,电压控制范围为0~5V,控制仿真未采用伺服系统进行仿真,但采用输出控制电压为0~10V来控制伺服系统转速。公司实际使用的弧压调高系统为模拟调高控制系统,而本文准备实现的弧压调高系统由硬件和软件组成,同时伺服驱动系统的参数设置也至关重要。其硬件部分主要包含单片机电源及控制部分和伺服电机运动部分。硬件电路主要负责执行内容,而控制部分的核心内容为控制程序和参数的设计及优化,所以为保障整个控制系统的精度和效率,需要对控制程序进行设计和优化。为减少设计投入,加快设计速度本次研究以仿真实验为主要研究手段,主要目的为寻求本次设计的P、I、D最佳参数。本文通过对公司使用的数控等离子调高系统存在的问题进行分析研究,并根据公司实际使用情况以MATLAB、PROTEUS和KEIL为基本研究工具对公司使用的数控等离子调高控制系统进行原理分析,从而建立控制模型并编写仿真和控制程序,最后进行仿真实验,并确立最佳控制的PID参数。
【关键词】：数控等离子 弧压调高 单片机 PID 仿真
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 课题的目的和意义12-14
• 1.2 数控等离子切割机系统原理14-16
• 1.3 国内外数控等离子切割技术的发展现状16-17
• 1.4 调高控制器的发展状况17-20
• 1.5 论文的主要内容20-21
• 第二章 弧压调高系统整体结构设计21-29
• 2.1 基于弧压调高的数控等离子整体结构方案22-23
• 2.2 弧压调高控制系统设计及硬件构成23-27
• 2.2.1 控制系统设计23-24
• 2.2.2 伺服驱动系统24-25
• 2.2.3 单片机介绍25-26
• 2.2.4 AT89C51简介26
• 2.2.5 伺服驱动器、伺服电机及直线导轨26-27
• 2.3 本章小结27-29
• 第三章 数控等离子调高控制系统PID控制算法的研究29-38
• 3.1 系统仿真技术29-33
• 3.1.1 仿真技术的定义29
• 3.1.2 仿真的分类和基本步骤29
• 3.1.3 PID仿真器件29-31
• 3.1.4 仿真模型建立31
• 3.1.5 PID控制器各单元的作用31-32
• 3.1.6 仿真实验软件选择32-33
• 3.2 弧压调高控制系统PID控制器算法研究33-37
• 3.2.1 弧压调高控制系统PID控制实现的控制算法的选择33-34
• 3.2.2 弧压调高控制系统PID增量式算法的实现34-36
• 3.2.3 弧压调高系统增量式PID控制算法对不良影响的抑制36
• 3.2.4 弧压调高控制系统PID参数的实验试凑方法36-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第四章 弧压调高PID控制参数仿真硬件电路设计38-43
• 4.1 弧压调高控制器PROTEUS仿真电路38-39
• 4.2 弧压调高控制器KEIL仿真软件39-40
• 4.3 伺服系统控制电路及参数设置40-41
• 4.4 本章小结41-43
• 第五章 弧压调高PID控制仿真实验验证43-55
• 5.1 交流伺服系统传递函数的建立43-44
• 5.2 基于MATLAB的试验研究确立P、I、D控制参数44-53
• 5.3 单片机弧压控制器程序的编写53-54
• 5.4 本章小结54-55
• 第六章 结论与展望55-56
• 参考文献56-58
• 附录58-66
• 致谢66

【参考文献】

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本文编号：947288