自抗扰控制在动态配料系统中的应用研究

摘要

随着经济的发展，基于数字控制的动态配料系统在建材、药物、食品、饲料等加工工业中得到了广泛的应用，且动态配料在产品生产过程中占有举足轻重的地位。动态配料的目标是使生产产品的多种原料能够按照一定的比例混合，而混合比例的精确度直接影响产品的质量。但由于动态配料系统是一个具有强耦合、大滞后和内外干扰无法确定的系统，使得原料的配比的精确控制难以实现，因此对动态配料系统控制方法的研究具有重要的现实意义。针对上述问题，本文提出采用自抗扰控制技术，研究基于自抗扰控制器的动态配料控制系统。
　　首先，从动态配料系统工艺流程出发，在深入分析系统各部分功能及运行方式的基础上，提出影响动态配料系统配比精度的关键流程及主要因素。并对系统的功能、指标与需求进行深入分析，研究动态配料控制系统的整体架构。
　　其次，针对动态配料过程生产环境复杂、影响因素难以确定及原料的密度和堆积状态的不可预测性对系统稳定性影响较大的问题，提出采用机理分析的方法，结合动态配料生产线的实际工艺建立动态配料系统关键流程的简化模型：建立给料机的给料模型，明确给料驱动电机频率与给料流量之间的关系；建立物料冲击影响力模型，明确物料下落冲击力对皮带秤称重传感器的影响关系；建立皮带秤称重模型，确定动态称量中瞬时流量及累积流量的具体实现算法。从而为后续动态配料控制算法的实现提供模型与理论基础。
　　然后，论文在所研究的简化模型的基础上，针对动态配料系统的不确定性和内外干扰等问题，对传统PID控制的方式优缺点进行分析，提出运用基于误差消除误差的自抗扰控制技术。在原理分析的基础上将动态配料系统的不确定因素及内外干扰作为整体进行处理，分别对动态配料控制系统自抗扰控制器的一阶跟踪微分器、二阶扩张状态观测器及非线性反馈控制律进行研究，利用数字仿真技术将其与传统PID控制器进行对比分析，证明自抗扰控制器在动态配料系统配比精确控制过程中所具有的优越性。
　　最后，在所建立的数学模型及控制算法的基础上，结合生产工艺的基本流程及功能、需求及技术指标，完成动态配料控制系统的设计与实现，对动态配料控制系统的整体方案及软硬件的实现进行详细的阐述，并对控制系统的实际应用过程及效果进行分析，进一步证明自抗扰控制器在动态配料系统中应用的可行性及有效性，同时证明自抗扰控制在动态配料系统中应用的强鲁棒性及强抗干扰性能。

目录

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1课题研究的背景及意义

1.2国内外研究现状分析

1.3课题研究的主要内容

1.4论文的组织和研究框架

2 动态配料控制系统的总体方案设计

2.1动态配料过程分析

2.2动态配料控制系统技术指标与需求分析

2.3动态配料控制系统总体方案的设计

2.4本章小结

3 动态配料系统模型分析与建立

3.1电机频率与物料流量模型

3.2皮带秤物料冲击模型

3.3皮带秤称重的数学模型

3.4本章小结

4 动态配料系统自抗扰控制器的设计

4.1自抗扰控制器

4.2动态配料系统自抗扰控制器的设计

4.3动态配料系统自抗扰控制器仿真研究

4.4本章小结

5 动态配料控制系统的实现与效果分析

5.1控制系统整体架构

5.2硬件部分的实现

5.3软件部分的实现

5.4控制系统应用与效果分析

5.5本章小结

6 总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录

A. 攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 攻读硕士学位期间取得的科研专利成果

C. 攻读硕士学位期间参与的科研项目及获奖情况

D. 一阶跟踪微分器TD的S.function程序

E. 二阶阶扩张状态观测器ESO的S.function程序

F. 动态配料系统控制系统PLC程序