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高速薄膜流涎机组的控制技术研究

胥小勇  
【摘要】:流涎机是一类复杂的机械产品,高速化、智能化、精密化是高速流涎机组发展的方向。近年来,国产流涎设备的制造能力取得了长足发展,但与国际先进技术相比较,在智能化操作控制、薄膜收卷速度、薄膜厚度误差、薄膜幅宽等关键指标方面,还存在一定的差距。 要提高薄膜流涎机的生产效率,在宽面幅、多层数及高稳定性的前提下,尽量提高机组运行速度,关键是要解决制约运行速度提高的那些难题,主要有系统中多电机的速度同步控制问题,薄膜在高速宽幅收卷时的张力控制问题,及薄膜厚度的误差控制问题等,这些问题是国内外流涎机研制中存在的共同问题,也是目前国内所欠缺的。 论文以高速流涎机组为研究对象,以研发高速流涎机组自动化控制系统为目标,对相关控制技术进行了研究,并设计和开发了相应的控制系统。 论文主要的研究内容如下: (1)多电机的速度同步控制问题 针对流涎机中的多电机速度同步问题,提出了一种改进型相邻交叉耦合结构模糊PID控制算法。通过对相邻交叉耦合控制结构进行改进,在原有基础上增加比例环节,对控制参数进行重新定义,并建立重新定义的控制参数关系方程组;同时,为解决电机模型的时变、非线性等问题,在改进型相邻交叉耦合结构中加入了智能控制算法,利用模糊推理的思想,将模糊控制器与PID控制器相结合,设计了模糊PID控制器。 (2)薄膜高速收卷时的张力控制问题 针对流涎机收卷系统,根据其在收卷过程中的动态过程,分析了张力与线速度、卷径及转速之间的动力学关系,并计算出薄膜在收换卷时卷径及电机转速的变化规律;由此,设计了薄膜张力控制系统,通过控制速度差形成速度闭环,同时采用BP神经网络PID控制器调节收卷转速形成张力闭环,并针对系统特有的机械结构对电机转速进行了补偿,从而维持系统在整个收换卷过程中的张力稳定。 (3)薄膜厚度的精度控制问题 运用虚拟仪器技术,将采集板卡和控制板卡集成于工控机中,使用Labview软件编写可视化的程序,并在其中运用了神经网络控制算法,开发出一套流涎机薄膜厚度控制系统。 (4)流涎机控制系统的实现技术研究 对高速流涎机组控制系统的软硬件实现进行了研究,设计开发了控制系统的软硬件模块,并对其中的多电机速度同步控制、薄膜收卷张力控制等子系统进行了设计。所设计的控制系统,具有实时性、标准化、模块化等特点,为下一代流涎机控制系统的研究提供了充裕的软硬件资源,并对一般实时多任务控制系统的研发具有重要的参考价值。在此基础上,对控制系统的整体性能和所提出的改进型相邻交叉耦合结构模糊PID多电机比例同步控制算法和收卷张力控制算法进行了实验验证,结果表明本文所提出的控制算法具有较高的精度和稳定性,这对改善流涎机的品质和整体动态性能有着重要意义。


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