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带材纠偏电液伺服系统的仿真与研究

唐成文  
【摘要】:在纸张、布匹、皮带、薄膜、箔材以及各种金属带等带材(板状制品)的卷料、分切、涂布、收料过程等加工处理过程中,经常需要使产品边缘保持恒定的位置上,即纠偏控制装置是其中不可缺少的关键设备,良好的纠偏控制性能是高质量带材产品和高生产效率的重要保证。控制系统如何在设备高速运转的基础上,仍具有良好的控制精度是目前纠偏设备研究的共同课题。 本文以铜带清洗机列卷取纠偏控制系统为研究对象,系统分析了带材产生跑偏的原因以及所采取的措施,对整个带材纠偏控制系统进行了综合设计与分析,并以铜带卷取过程中的横向跑偏量为输入控制量,借助MATLAB/Simulink技术对控制系统进行了数学传递函数建模与分析,研究了系统的稳定性、动态响应以及稳态误差。文章又针对本系统的控制需求进行了控制器的选用,常规PID控制以其结构简单,实用性强等优点在目前控制系统中得到大量应用,但常规PID控制适应能力差。针对这种情况,本文设计了一种具备参数自调整的模糊PID控制器,以来改善带材纠偏系统的控制性能。 此外,还针对电液伺服控制系统精确模型建立困难的问题,本文采用专业液压仿真软件AMESim对系统建立精确的液压系统物理模型,利用联合仿真接口技术将控制仿真软件Simulink联合,并通过在MATLAB/Simulink中建立的常规PID控制器模型和模糊自适应PID控制器对系统进行仿真与分析。研究结果表明,模糊PID控制比常规PID控制具有良好的控制能力,整个伺服系统设计合理。从理论上,为控制系统的实现提供了依据。 最后,为有效实现控制算法的应用,本课题选用了DSP数字信号处理器作为伺服控制器的CPU。这种基于DSP的控制系统与基于工控机控制系统和基于单片机的控制系统相比,具有功耗低、体积小、性价比高、运行速度快、能够实现复杂的控制算法以及易于升级扩展等优点。根据纠偏电液伺服控制系统的需求,对伺服控制器进行了电路设计,主要包括电源模块、A/D和D/A转化模块、人机界面模块、串口通信模块、存储器模块、时钟与复位模块以及JTAG接口模块。


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