机外卷布装置张力控制系统的研究

摘要

机外卷布装置作为织机的一种选配装置，由于其最大布卷卷径不受织机内部空间的制约，可实现大卷装卷布，目前在纺织企业中的应用正在日益增加。布卷的卷绕质量及卷布过程中织物张力的控制情况是卷布装置的主要性能指标，目前的国产机外卷布装置主要有机械式和变频控制式二种，卷绕质量及织物张力控制精度都不很理想。针对上述情况，本课题主要研究机外卷布装置的张力控制问题及其解决方案。 本文以双底辊表面传动型机外卷布装置为研究对象，通过卷绕过程中卷布辊及摩擦辊(即糙皮辊)的动力学分析，构建了机外卷布装置的织物张力控制系统的数学模型，分析了织物张力的各种影响因素；在此基础上，采用双闭环串联控制结构及PID控制算法，设计了机外卷布装置的织物张力控制系统；进而，为克服常规PID控制方法整定困难、控制效果差及超调量大的缺陷，提出了采用BP神经网络PID控制算法实现织物张力控制的方案，并用MATLAB工具对该方案的织物张力控制情况进行了模拟仿真，仿真结果表明：该织物张力控制方法是行之有效的，明显优于常规的PID控制方法。 此外，本文搭建了机外卷布装置张力控制系统的硬件平台，设计了张力控制软件。采用SIEMENS S7-200型PLC为主控制器，结合伺服驱动器及上位机PC，构建了张力控制系统的网络结构，满足了集散式控制的要求。同时，提出了利用WinCC组态软件使PLC与BP神经网络PID控制算法相结合的方法，给出了新的基于正态分布规则的均值数字滤波方法，为系统的实现提供可行的途径。 采用本文张力控制系统的机外卷布装置目前正在制作样机。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 机外卷布装置概述

1.2 机外卷布装置的组成与分类

1.2.1 机外卷布装置的组成

1.2.2 机外卷布装置的分类

1.3 卷绕张力控制系统的分类

1.4 国内外机外卷布装置张力控制研究现状

1.5 本课题研究的主要内容

1.6 论文的章节安排

第2章 控制算法描述

2.1 传统PID控制算法

2.2 BP神经网络控制算法

2.3 BP-PID控制算法

2.4 本章小结

第3章 机外卷布装置控制系统分析

3.1 机外卷布装置工作原理

3.2 张力控制系统分析

3.2.1 张力产生的原理

3.2.2 张力控制系统组成

3.2.3 张力控制伺服系统开环模型

3.2.4 张力控制策略

3.2.5 张力控制的其它影响因素

3.3 本章小结

第4章 硬件模块分析与设计

4.1 张力传感器

4.2 交流伺服驱动器

4.3 可编程控制器PLC

4.3.1 PLC的概况

4.3.2 PLC的选型

4.4 本章小结

第5章 软件模块分析与设计

5.1 上位机组态软件简介

5.2 部分监控界面的设计

5.3 张力控制的FLC实现

5.3.1 模拟量输入的标准化

5.3.2 数字滤波

5.3.3 PID编程

5.4 本章小结

第6章 控制器设计与系统仿真

6.1 调节器的设计原则

6.2 速度调节器的设计

6.3 张力调节器的设计

6.3.1 张力调节器的选用

6.3.2 基于稳定边界法的PID调节器的设计

6.3.3 基于BP神经网络PID控制器的设计

6.4 本章小结

第7章 总结和展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

攻读学位期间发表论文

致谢