基于Ziegler-Nichols参数整定方法的张力控制系统研究

摘要

股绳捻制设备是宁夏恒力钢丝绳股份有限公司制绳分厂的主力设备，在国内处于领先地位，但与国外的同类设备相比，在设备的自动化水平上还存在着一定差距。收排线机是股绳捻制设备的一部分，原有系统采用了常规PID控制，一旦捻股机捻出绳股的产品速度有所变化，机械化的收排线机的排线速度就不能及时改变，难以达到期望的跟随和抗干扰性能要求。本文以收排线机为背景，在常规PID的基础上应用Ziegler-Nichols控制算法对原有的张力控制系统进行改进。
　　 首先，本文根据钢丝绳生产线的控制目的、现场收排线机的结构，归纳出收排线机自动控制系统的具体运行方式。在恒张力控制方式下，对收排线机的工作原理进行了阐述，给出了收排线机的控制流程。同时，分析了收排线机中张力的控制原理、方法、产生原因，以及张力控制系统在整个系统中的重要性。在此基础上，实现了开环张力的控制。
　　 根据现场实际情况，提出了收排线机现场张力控制系统的结构。现场控制器采用常规PID进行控制往往存在PID控制参数整定不良、性能欠佳，对运行工况的适应性很差的情况，因此，提出了Ziegler-Nichols参数整定方法：当过程变量及其变化速度有所改变时，建立一套经验公式将这些测试结果转化为正确的性能设置参数。
　　 通过建立变频器转速和收排线机转速模型，以及收排线机张力模型，构建了基于Ziegler-Nichols方法PID整定的收排线机张力控制系统仿真框图，仿真结果说明基于Ziegler-Nichols参数整定方法的PID控制器的跟踪设定值响应动态性能优良、超调量小、稳态性能佳，具有很强的适应对象参数变化的能力。这对提高收排线机张力控制过程水平，有效地保证钢丝的质量与产量，具有重要的实际意义与理论价值。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 张力控制策略及其研究现状

1.3 本文主要内容

第二章 钢丝绳收排线机系统概述

2.1 钢丝绳收排线机的工作流程

2.2 钢丝绳收排线机控制系统的构成

2.3 钢丝绳自动排线电气控制系统

2.4 钢丝绳收排线机运行分析

2.5 钢丝绳收线机中恒张力工作原理

2.6 本章小结

第三章 收排线机张力控制系统

3.1 张力控制原理

3.2 收排线机中张力产生的原因

3.3 收排线机中张力控制的重要性

3.4 收排线机的张力控制

3.4.1 张力控制的方式

3.4.2 张力设定值的计算

3.4.3 收排线机张力控制系统分析

3.5 本章小结

第四章 基于Ziegler-Nichols参数整定控制方法

4.1 张力控制系统PID控制框图

4.2 张力控制器PID参数整定

4.3 现场张力控制器存在的问题

4.4 Ziegler-Nichols参数整定控制方法

4.5 基于Ziegler-Nichols方法整定的响应曲线

4.6 本章小结

第五章 基于Ziegler-Nichols参数整定方法的张力控制系统仿真

5.1 收排线机张力模型

5.2 基于Ziegler-Nichols方法的张力控制系统仿真

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢