基于模糊自适应PID控制器的开卷张力控制系统研究

摘要

张力控制的好坏在开卷和卷取过程中具有十分重要的意义，本文结合宝钢2050热轧精整横切线改造项目，得出张力控制的效果将是提高产品的合格率，改善产品品质的关键措施，开卷段自动控制的主要任务就是带钢的恒张力控制，它是开卷段控制的核心部分，本文选定开卷机张力控制系统为本课题主要的研究对象。
　　 本文首先介绍了系统的硬件设备，介绍了硬件之间的通讯和控制方式。然后分析了影响张力计算精度的两个重要因素——卷径和惯性力矩的计算方法。其次，分析了开卷机张力控制系统，结合开卷张力控制系统参数时变的变化规律，研究探讨了模糊自适应PID控制算法在张力控制系统中的应用，分别介绍了张力产生的原理及典型PID控制算法和模糊控制的基本理论知识，通过将两者的优点结合，提出将模糊自适应PID控制策略引入到带钢间接张力控制中，以MATLAB为工具，对模糊自适应PID张力控制系统进行了仿真分析。
　　 仿真结果证实了用模糊自适应PID控制系统代替原有的常规PID控制的恒线速度张力控制系统的有效性和可行性，较好地消除了系统参数变化对系统性能产生的影响。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 张力控制简介

1.2 张力控制的发展历史

1.3 基于恒线速度的张力控制系统介绍

1.4 本文课题背景与主要任务

第2章 开卷机张力控制系统分析

2.1 工艺流程及控制方案概述

2.1.1 2050生产工艺介绍

2.1.2 2050薄板纵切机组控制方案

2.2 开卷部分系统构成

2.3 系统硬件设计

2.3.1 PLC主站

2.3.2 Profibus-DP总线系统

2.3.3 西门子直流控制器6RA70

2.3.4 分布式I/O从站

2.3.5 通讯模块CBP2

2.3.6 人机界面

2.4 恒张力控制在开卷机上的实现

2.5 硬件之间的通讯

2.6 6RA70的控制方式

2.7 T400介绍及功能分析

2.7.1 T400工艺板介绍

2.7.2 工艺板T400的现场应用

第3章 开卷机惯性力矩及卷径计算方法研究

3.1 开卷机的惯性力矩研究的意义

3.2 卷筒电机负载力矩分析

3.3 卷筒轴惯性力矩分析

3.3.1 转动惯量及其变化率

3.3.2 角速度及其变化率

3.3.3 卷径及其变化率

3.3.4 卷筒上的惯性力矩

3.3.5 热轧厂开卷机惯性力矩补偿曲线

3.3.6 考虑打滑等异常情况下惯性力矩的计算

3.4 卷径计算方法分析

3.4.1 计数法计算钢卷直径

3.4.2 流量相等法计算钢卷直径

3.4.3 计算卷径修正值

3.4.4 钢卷直径实时数值的输出

3.5 减小卷径计算偏差的基本思想和方法

3.5.1 原有卷径计算方法分析

3.5.2 卷径变化量限制与变化方向限制

3.5.3 开卷卷径的计算

3.6 本章小结

第4章 开卷机张力控制方法研究

4.1 张力的产生

4.2 开卷恒张力控制系统的模型

4.3 基于常规PID控制的调节器参数整定

4.3.1 电流调节器的参数整定

4.3.2 转速调节器的参数整定

4.4 系统仿真

4.5 模糊自适应PID控制器及其算法研究

4.5.1 模糊自适应PID控制器的结构

4.5.2 模糊自适应PID控制器的原理

4.6 模糊自适应PID控制器的设计

4.6.1 模糊器控制的设计

4.6.2 模糊自适应PID控制器的结构选择

4.6.3 带钢张力输入输出论域和语言变量的选择及其隶属度函数

4.6.4 建立带钢矫直张力PID模糊调整模型

4.6.5 量化因子和比例因子的选择

4.7 带钢张力PID及模糊自适应PID仿真模型

4.8 仿真结果与分析

4.9 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

致谢