卷绕张力系统鲁棒控制策略的研究

【摘要】： 卷绕张力系统广泛应用于纺织、造纸、印刷、高速高精的线切割等制造行业中,由于高速卷绕张力系统中存在的张力与速度耦合、卷径参数时变以及外在干扰等问题,严重地影响到加工效率和产品质量。如何解决卷绕张力系统控制存在的问题,实现张力在线实时调节,保证系统的准确性、稳定性、快速性是当前张力系统研究的重要课题。 本论文以典型的高速精密卷绕张力系统——多线切割机切丝张力系统为主要研究对象,对多线切割机切割机理和切丝运动模型分析,建立了切丝张力系统模型。针对张力系统中存在的张力与速度耦合、系统卷径参数时变等问题,研究了张力鲁棒控制策略,并进行了仿真及实验。 针对多线切割机切丝张力系统的特点,分析了收放卷、张力检测等主要机构部件,建立了系统主要部件动力学模型。研究了切丝张力系统的建模方法,应用虎克(Hooke)定理、哥伦布(Coulomb)定理、质量守恒定理以及卷轴速度方程,建立了切丝张力系统数学模型。 分析了切丝张力系统卷径时变引起结构参数变化,以及切丝张力与速度之间的耦合关系。为了解决张力系统存在的内外在干扰、张力与速度耦合等问题,提出了基于超代遗传(HGGA)的张力自寻优鲁棒控制。研究了张力系统加权函数与鲁棒性能之间的联系,根据张力误差和误差变化率确定系统当前运行状态,进而在线搜索张力鲁棒控制器的最优参数。张力自寻优鲁棒控制算法抑制了卷径时变以及外在干扰的影响,实现了张力控制器的在线调节,保证了收放卷子系统张力稳定。 针对切丝张力系统的特点,构建了张力系统实验平台,对本论文所提出的张力控制策略进行了实验研究。通过对实验数据对比分析,应用张力自寻优鲁棒控制方法算法的张力控制系统,具有较小的张力静差率和张力波动率。表明张力自寻优鲁棒控制有效,达到了预期目标。 论文为卷绕张力系统控制提供了一种新的思路,研究成果为解决张力控制问题提供了理论依据和应用基础,尤其对卷绕类线型小张力系统的设计具有实际意义。