生箔机控制系统的设计与研究

摘要

在铜箔过程生产中，生箔机传动控制是极其重要的一环，良好的生箔机传动控制系统可以保证铜箔产品的质量，提高生产效率。本文针对目前国内铜箔生产设备的控制精度不高，尤其张力控制性能不好等问题进行研究，研发出一套适合于铜箔生产的控制系统。 首先，通过对铜箔生产线工艺流程、生箔机原理、生产技术性能及工艺参数进行详细分析，揭示出铜箔厚度、阴极辊速度及收卷辊速度之间的关系，重点探讨铜箔张力的产生及张力控制对系统的影响，建立张力力学模型及恒张力控制数学模型，为进行生箔机的控制系统的设计提供理论基础和系统控制依据。 其次，重点研究生箔机的张力控制策略。针对铜箔卷绕张力具有非线性、强耦合、时变性、强扰动等特点，对铜箔卷绕张力进行动态分析，建立各种扰动量与张力的数学关系，提出相关扰动补偿策略。其中针对铜箔收卷过程内松外紧的问题，重点对生箔机的卷绕特性及动态张力模型进行研究，在实际工程中引入锥度张力控制技术，并在通用锥度张力控制模型的基础上进行简化锥度控制模型，结合恒张力控制原理建立锥度分段恒张力控制模型，提出生箔机系统张力间接控制策略。为了实现生箔机张力间接控制策略，采用了一些控制算法。为防止PID运算的积分饱和，引入改进的积分分离PID控制技术，并在MATLAB环境中进行仿真。在试验过程中表明间接张力控制系统的数学模型基本上能够反映张力控制的动态过程，采用积分分离PID控制算法可以满足生箔机张力控制的性能要求。然后，设计一套以PLC为主控核心，以变频器和伺服驱动器为底层控制器，以变频电机和伺服电机为执行元件，以触摸屏为人机界面的生箔机二级多机控制系统，具有更好的开放性，自主性和灵活性。通过RS—485通信实现对多机驱动单元的远程控制，提高系统的集成度与可靠性。同时对实现生箔机控制系统控制功能的软件设计。 最后，针对生在产调试中的一些动态参数调试及功能调试进行描述，重点介绍PID参数整定方法与结果。采用扩充临界比例度法对张力PID参数进行整定，缩短了调试时间、提高了系统精度。在完成张力控制系统的基础上，对张力的静差率、波动性做了分析，结果表明该控制系统对铜箔生产的要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1论文研究的目的及意义

1.2论文研究目标及主要研究内容

1.3论文研究背景及发展现状

1.3.1铜箔工业生产现状

1.3.2国外电解铜箔工业发展现状

1.3.3我国电解铜箔工业发展现状

1.3.4国内外张力控制技术的发展概况

第2章生箔机工作原理及控制需求分析

2.1生箔机基本工作原理

2.2生箔机系统控制需求分析

2.2.1铜箔厚度控制需求分析

2.2.2铜箔张力控制需求分析

2.2.3在线自动抛光控制

2.2.4辅助控制

2.3本章小结

第3章张力动态扰动分析及控制策略

3.1铜箔收卷过程张力动态扰动分析

3.2张力控制扰动补偿

3.2.1张力动态补偿方法

3.2.2动态转矩的补偿标准

3.3张力锥度控制

3.3.1收卷辊的卷绕特性

3.3.2锥度张力控制数学模型

3.3.3收卷半径计算

3.4铜箔张力控制策略

3.5积分分离PID控制算法

3.7本章小结

第4章生箔机控制系统的设计

4.1生箔机控制系统集成的目的和目标

4.1.1控制系统集成的目的

4.1.2控制系统集成的目标

4.2控制系统功能需求分析

4.2.1生箔机控制系统技术参数

4.2.2状态和参数监测与显示

4.2.3系统控制需求分析

4.2.4生箔机系统控制功能

4.3控制系统的集成方案

4.3.1控制装置

4.3.2控制集成系统的分析

4.4生箔机控制系统设计

4.4.1总体设计

4.4.2功能模块设计

4.5控制系统的可行性和可靠性

4.5.1系统的可行性分析

4.5.2系统的可靠性分析

4.6生箔机系统控制结构

4.7PLC主机I/O口分配

4.8生箔机电气控制系统原理

4.9软件设计

4.9.1触摸屏的设计

4.9.2 PLC控制程序设计

4.10本章小结

第5章通信的实现

5.1生箔机通信系统硬件连接

5.2 RS-485通信

5.2.1串行通信的参数设置

5.2.2变频器参数的设定

5.3三菱PLC的设置

5.4 RS-485通讯协议

5.5数据格式

5.6 PLC通信程序实现

5.7本章小结

第6章实验调试与分析

6.1电气特性

6.2生箔机顺序逻辑调试

6.3电机控制测试

6.4收卷张力的PID控制算法仿真

6.4.1各个部件的传递函数

6.4.2收卷张力系统的传递函数

6.4.3基于积分分离PID算法的张力控制系统仿真

6.4.5张力PID控制器的参数整定

6.5收卷张力控制系统的性能分析

6.5.1静差率分析

6.5.2波动率分析

6.6本章小结

第7章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

附录