卷绕和飞剪的典型问题研究

发布时间：2020-09-19 13:40

　　卷绕和飞剪控制一直是冶金、纺织、造纸等行业中研究的重点。随着科学技术的提高,围绕卷绕和飞剪的研究不断展开和深入。研究表明,良好的卷绕控制系统和飞剪系统在高精度制造行业中,起着决定性的作用,直接决定了产品的优劣性。由于我国在相关行业中设备研发能力的不足,长期依赖进口,造成国产设备自动化程度低,控制效果差等,以致市场占有率低。为此,提高国产设备控制精度就显得格外重要。本文的研究工作是在以西门子运动控制器为核心的实验平台进行的,平台的核心控制器由西门子S120高精度伺服驱动器和S7-300型315T CPU组成。本文设计了一套新的卷绕控制和飞剪控制方案。具体研究内容如下:(1)以西门子运动控制实验平台为研究对象,分析卷绕环节的两个典型问题及定尺飞剪控制的生产工艺。研究问题包括,恒张力收放卷、恒线速度收放卷、定尺飞剪。以平台各环节物理构造为基础,建立简化物理模型,结合各环节的控制器结构,以数学推导方式较为精确的获得开环传递函数。(2)调节器的设计。在获得各环节控制开环传递函数基础上,以飞剪控制为例,详细研究该开环传递函数的校正过程。设计PID控制器对该部分的开环传递函数进行参数校正,并且将校正的PID控制器与传递函数串联后,在Simulink中进行仿真检验。并在其他两个控制部分加以推广应用。(3)模糊PID控制器设计。在校正完成后的基础上,通过引出模糊控制算法,结合PID控制器参数调整规则,建立模糊推理规则表,并且将PID控制器与模糊控制算法结合,设计模糊PID控制器。以飞剪控制为仿真对象,在Simulink中将仿真结果与PID控制器控制结果对比分析优劣性。(4)实验平台项目建立及实验结果呈现。在前期进行大量相关硬件和软件的学习以及对实验平台的熟悉基础上,分别使用STEP7和博途V14软件建立项目,对系统的硬件配置和网络配置分别进行组态。使用博途V14配置HMI人机界面,实现通过HMI控制卷绕的各个过程,并在HMI中观察各部分的控制效果。在此基础上,将PID控制和模糊PID控制的算法移植到PLC中,借助STEP7软件中的程序功能块编程实现模糊控制理论的各个关键部分,包括模糊化、模糊推理、去模糊化等。项目的完整程序则通过LAD语言编程实现。对本文研究的三个部分,分别进行PID控制和模糊PID控制,获得多组实验结果,采用表格形式将控制结果清晰呈现,分析控制效果,得出实验结论。结果表明,在复杂系统中,模糊PID控制器在稳定时间、超调量等指标上优于PID控制。为卷绕和飞剪行业提供了一种可行性方案。
【学位单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TS734.7
【部分图文】：

伺服驱动系统,实验平台

卷绕和飞剪的典型第 2 章系统建模及控制仿真题研究目标及控制效果以西门子 S120 伺服驱动系统为实验平台，使用西门子 S7-3制。本课题使用实验平台模拟卷纸制造过程，分别控制三个伺

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6图 2-2 S120 伺服驱动系统实验平台物理模型图 2-1 可得到图 2-2 的简化物理模型图，详见表 2-1。表 2-1 S120 伺服驱动系统各辊说明编号名称备注O1放卷辊连接伺服电机O2牵引辊无电机，起牵引作用O3张力传感器检测张力值O4缓冲辊无电机，缓冲张力

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