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基于卡尔曼滤波的张力控制系统研究

顾学东  
【摘要】:钢丝在国民经济中占有重要的地位。拉丝机是金属制品制造的主要生产设备之一,它是整个钢丝绳制造生产过程中最重要的环节,对提高钢丝质量具有重要影响。本文详细地介绍了各种规格型号的拉丝机及其优缺点,阐述了拉丝机的原理、工艺和设备的情况。指出张力控制系统在拉丝机控制系统中的重要作用。并根据现场环境以及前张力、后张力等外界干扰的特点,在张力控制系统中添加卡尔曼滤波算法,有效的抑制了噪声干扰,提高了系统的稳定性。本文的研究内容包括: 通过对拉丝机的组成和分类对比,介绍了活套式拉丝机,传统直进式拉丝机以及现代直进式拉丝机,讲述了现代直进式拉丝机的工作原理以及设备的工艺参数,总结出拉丝机控制系统的核心部分为钢丝的张力控制。在分析钢丝张力的产生原理以及控制方法的基础上,建立以张力PID控制系统为核心的拉丝机数学模型,为张力控制系统的仿真奠定了基础。由于现场环境复杂,在实际的控制系统中不可避免地存在噪声干扰,因此本文在传统的张力PID控制系统中加入卡尔曼滤波控制算法,通过卡尔曼滤波算法将现场的噪声干扰滤掉,有效地提高了系统的稳定性。 仿真结果表明基于卡尔曼滤波的张力控制系统要明显地好于传统的PID控制方法,有效的抑制了干扰,使系统有了较快的响应速度,同时也保证了控制精度,满足现场未来发展的需要。


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