漆包机烘炉的控制系统建模与分布式温控点的模糊PID解耦控制

摘要

本文的设计研究是在漆包线生产行业中做的应用设计，在西方一些国家将漆包线生产业务外包的国际背景下，中国的漆包线生产有了更加广阔的市场，在供需的趋使下，中国的漆包线行业蓬勃发展，出现纵多生产商，在生产技术上有所改进。
　　 根据漆包线生产方式的不同，可将工业设备漆包机的设计分为两种，一为中速多头，即收线速度为中速，但一个烘炉可以同时加工多条漆包线。一为高速少头，即为收线速度为高速，但一个烘炉同时加工的漆包线条数少。不管采用何种方式生产漆包线，其生产的流程基本相同，不同的是漆包机烘炉的内部结构和控制技术的应用，本文研究的漆包机烘炉，在结构设计上已申请获得多项专利，取得了一定的研究成果。在生产过程中仍然需要不断完善技术设计，例如在生产控制上需要进一步改进。就目前研究对象分析，漆包机烘炉炉膛在设计上采用联通式的内部结构设计，这在温度控制上具有相当的复杂性，为了进一步完善控制问题，对特定的对象提出了漆包机烘炉温度模糊PID解耦控制的设计思路，在本文的设计中，介绍了影响漆包机生产的各个输入通道和输出通道，通过热平衡原理建立起各通道相对应的数学模型并求得传递函数，在利用静态相对增益分析传递函数矩阵的基础上，确定各通道的作用关系，确定耦合程度，并确定了采用反前馈控制器进行解耦，使多输入多输出漆包机烘炉变为多个单输入单输出的系统，然后在各个单输入单输出通道上进行模糊PID控制，使温度进一步得到控制。硬件是算法的承载容器，在硬件上采用的是Rabbit3000作为主要的微处理器，触摸屏经处理器与变频器连接，通过变频器改变风机转速来控制漆包机烘炉各个通道间的输入输出量从而达到控制炉膛温度的目的。在最后，利用Matlab软件平台对控制算法进行仿真，在工业生产控制中最容易出现干扰问题，因此在仿真中采用的干扰试验，从仿真结果分析表明，模糊PID解耦控制比传统的PID解耦控制更能达到良好的控制效果，大大减少了超调了，节约了成本和资源，而反前馈的解耦控制器设计增强了生产设备的抗干扰能力，降低了生产承担的风险，提高了优质产品的生产率，从而提高了生产的经济效益，降低废品率。保证了漆包机生产的可靠性。

目录

摘要

Contents

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 课题研究的目的及意义

1．3 国内外同类产品和技术情况

1．4 主要内容及章节安排

1．5 本章小结

第二章 控制系统建模

2．1 漆包机炉膛结构

2．2 各通道传递函数

2．3 传递函数的拉氏变换

2．3．1 比例增益系数

2．4 通道热容量

2．5 本章小结

第三章 解耦控制设计

3．1 相对增益定义

3．2 相对增益矩阵的计算

3．3 解耦控制设计

3．3．1 反前馈解耦设计

3．3．2 反前馈解耦补偿器

3．4 本章小结

第四章 模糊PID温度控制

4．1 模糊PID控制器简介

4．2 常规PID控制原理

4．2．1 常规PID数学模型

4．2．2 常规PID控制参数

4．3 模糊PID控制器设计

4．3．1 模糊化

4．3．2 PID控制参数的调整规则

4．3．4 隶属函数的确定

4．3．5 反模糊化

4．4 本章小结

第五章 系统硬件／软件结构

5．1 硬件系统结构

5．2 主控制器Rabbit3000

5．3 人机交互接口

5．3．1 TPC1063E

5．3．2 TPC1063E与Rabbit3000通信协议

5．4 传感器数据采集

5．4．1 温度数据采集模块K8510

5．4．2 K8510与Rabbit3000通讯协议

5．5 电能计量模块

5．5．1 数字电能计量模块

5．5．2 DTS889与Rabbit3000通讯协议

5．6 电机调速模块

5．6．1 变频器调速

5．6．2 变频器通讯协议

5．7 软件平台

5．7．1 开发环境Dynamic C9．52介绍

5．7．2 算法流程图

5．8 本章小结

第六章 控制算法仿真

6．1 仿真图

6．2 控件设置

6．3 仿真结果

6．4 本章小结

总结与展望

1 工作总结

2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

声明

致谢