基于STM32铸铁型材水平连铸牵引控制系统设计

摘要

本文以河北邯郸某炼钢厂铸铁型材水平连铸生产线为研究背景，按照工艺要求设计并实现了水平连铸机交流伺服控制系统。该系统主要由触摸屏、控制器、交流伺服驱动器及伺服电机构成。对于单台电机控制引入模糊PID控制算法，以提高动态响应速度及稳态性能；同时，提出了一种改进型并行控制策略，实现两台电机的同步运行，进而完成对水平连铸牵引机的驱动。主要研究内容和成果如下：
　　1）研究了模糊PID控制器原理及设计过程，在此基础上搭建仿真模型。通过和传统PID控制进行对比，模糊PID控制能提高动态响应性能。之后在Simulink中分别建立主从控制、并行控制、交叉耦合等仿真模型，进行性能分析，并提出改进型并行同步控制策略并仿真。结果表明该策略降低了并行控制的同步误差，达到了较好的同步控制效果。最终选择改进型并行控制策略来实现双轴同步控制。
　　2）对牵引控制系统各部分的硬件需求进行了分析，对比了PLC和MCU的优缺点，结合系统具体需求，选择MCU作为控制器。然后以该控制器为核心完成了伺服控制系统详细的硬件设计。
　　3）完成了系统软件设计，包含牵引控制程序、Modbus通信程序及触摸屏监控界面三部分。牵引控制程序首先实现了模糊PID控制器，使单个电机按照工艺参数精确地进行动作；以此为基础，建立改进型并行控制策略，实现双机同步，最终驱动牵引机动作；Modbus通信程序实现了触摸屏与控制器、控制器与两台伺服驱动器之间数据交换的功能；通过在MCGS环境中进行组态，触摸屏监控界面程序实现了控制指令的发送及运行数据的实时显示。
　　通过对设计的“铸铁型材水平连铸机交流伺服控制系统”进行现场调试，结果表明该系统实现了所有控制要求，同时，模糊PID控制器及改进型并行控制策略的引入，提高了牵引机双轴同步精度。系统运行稳定，铸坯完全符合产品质量要求。

目录

声明

1 绪论

1.1 水平连铸牵引控制系统的目的和意义

1.2 水平连铸牵引控制的发展与现状

1.3 研究背景及面临的问题

1.4 本文的工作

2 水平连铸牵引控制要求与总体方案设计

2.1 水平连铸机组成结构

2.2 系统控制要求

2.3 总体方案设计

2.4 小结

3 双机同步控制策略仿真研究

3.1 模糊PID控制器设计

3.2 三种双机同步控制策略仿真

3.3 改进型并行控制策略

3.4 小结

4 水平连铸牵引控制系统硬件设计

4.1 控制系统硬件选型

4.2 伺服驱动器控制模式

4.3 控制板硬件原理图设计

4.4 小结

5 水平连铸牵引控制系统软件设计

5.1 控制板嵌入式软件设计

5.2 牵引控制程序设计

5.3 MODBUS通信程序设计

5.4 MCGS监控软件设计

5.5 小结

6 系统测试

6.1 单机测试

6.2 双机测试

6.3 系统投运

7 总结与展望

致谢

参考文献