基于分数阶PID控制的飞剪机速度控制方法研究

摘要

飞剪机是冶金板材行业横切机组的核心设备之一，其主要功能是实现与待剪钢材的速度同步、连续剪切钢板。随着控制技术和电机技术的快速发展，人们对于飞剪系统控制性能的要求也不断提高。实际应用中，通常采用传统PID控制，PID结构简单、易于实现，但是在系统参数变化、存在外干扰等工况变化时控制性能不够理想。分数阶PID控制器作为整数阶PID在分数阶领域的扩展。近年来，得益于计算机技术的飞速发展，分数阶PID控制器的实现成为可能。作为传统PID控制器的升级，因其巨大的发展潜力，有关分数阶控制器的应用问题也得到了广泛的关注。本文尝试将分数阶PID控制方法引入飞剪机的控制器设计中，这对于进一步改善飞剪机的控制性能，深入分数阶PID控制器研究具有重要的理论意义和实际意义。 本文首先基于飞剪的工艺背景对飞剪的工作原理、控制原理进行了综合研究。接着，对分数阶微积分理论基础做了分析研究，重点研究了分数阶微积分算子时频域转换法以及频域间接实现方法，并基于近似算法展开阶次选择问题进行了仿真研究。其次，针对飞剪机速度控制问题，分别进行了三种类型的分数阶PID控制器的设计，并与常规PID控制器对比进行仿真研究。仿真结果表明，利用幅值裕量和相位裕量法进行参数整定的分数阶PID控制优于传统PID控制，基于飞剪机速度控制的分数阶PDμ控制在动态性能、跟随性能以及抗扰动能力等方面控制效果最好。最后，本文还将分数阶PID控制器与模糊控制器组合成模糊分数阶PID控制器引入飞剪机速度控制中进行研究，重点研究了模糊分数阶PID控制器参数自整定方法，并进行了仿真实验，仿真结果表明模糊分数阶PID控制器能够能实现控制器参数自整定，可以降低系统的超调量，有效提高飞剪速度控制系统的控制品质。 本文给出的分数阶PID控制器和模糊分数阶PID控制器在飞剪机速度控制中的应用研究是探索性的尝试，顺应当前世界工业控制领域向着智能化、信息化的发展趋势，当然也会存在一些问题，希望今后能够继续提高完善，为飞剪机的开发以及分数阶PID控制器的应用研究提供部分理论依据。

目录

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摘要

第1章绪论

1．1选题背景及意义

1．2飞剪研究现状

1．3分数阶PID控制器研究现状

1．3．1国外研究现状

1．3．2国内研究现状

1．4本文主要工作

第2章飞剪系统综合分析

2．1飞剪机工艺流程

2．2飞剪机结构分析

2．3飞剪机剪刃运动轨迹分析

2．4飞剪机控制原理分析

2．4．1飞剪机同步速度控制

2．4．2飞剪剪刃位置控制和钢板定尺长度控制

2．5飞剪机控制性能分析

2．6本章小结

第3章分数阶PID控制器的基本理论

3．1分数阶微积分理论

3．1．1分数阶微积分的定义

3．1．2分数阶微积分的性质

3．2分数阶微积分的运算

3．2．1分数阶微积分的变换

3．2．2分数阶微积分算子的频域性能分析

3．2．3分数阶微积分的近似算法

3．3分数阶PID控制器

3．3．1分数阶控制系统的模型描述

3．3．2分数阶控制系统稳定性分析

3．4分数阶PID控制器参数整定

3．5本章小结

第4章飞剪机速度控制分数阶PID控制器设计研究

4．1飞剪驱动系统模型

4．1．1飞剪速度控制模型

4．1．2飞剪驱动系统的性能指标

4．2飞剪速度控制系统分数阶控制器设计

4．2．1分数阶比例积分(PIλ)控制器设计

4．2．2分数阶比例微分(PDμ)控制器设计

4．2．3分数阶比例积分微分(PIλDμ)控制器设计及仿真

4．3本章小结

第5章飞剪机速度控制模糊分数阶PID控制器设计研究

5．1模糊控制理论简介

5．1．1模糊控制系统组成

5．1．2模糊控制器设计方法

5．2模糊分数阶PID控制器设计

5．3仿真实验与分析

5．4本章小结

第6章结论与展望

6．1主要工作和总结

6．2下一步工作展望

参考文献

致谢