一种克服带材蛇行运动的重复纠偏控制系统

摘要

带材跑偏是指软包装印刷材料、纺织物、金属箔带等各类可绕性带材在生产运行中，由于前道工序卷绕不齐，或生产机组中的机械振动、各生产单元间的速度失调等诸多原因，而导致带材呈蛇行运动状态的横向跑偏。这将造成收卷时带材边缘或印刷图案边缘不整齐、降低产品质量、增加原料损耗。本文针对带材在生产过程中存在的类似周期性蛇行跑偏问题，设计了一种基于自适应重复控制与前馈控制相结合的新型纠偏控制系统。
　　 首先，本文分析了带材跑偏的原因，并从跑偏原因入手简述了跑偏干扰信号的特点。并以放卷纠偏为例详细介绍了新型纠偏放卷控制系统的总体设计方案，分析了系统工作原理；通过对现有纠偏产品功能及用户新需求的分析基础上，将系统的软硬件部分进行功能划分，以设计一种性能稳定、灵敏度高、操作方便的新型纠偏控制系统。
　　 其次，通过分析放卷纠偏系统对象数学模型的特性，并根据重复控制对周期性信号所具有的良好跟踪性能的特点，设计了以重复控制与跑偏频率统计自适应为主的新型综合纠偏控制算法；利用MATLAB平台，对克服多种类型跑偏信号的新型放卷纠偏控制系统进行仿真研究，并将其仿真结果与“PID+前馈”纠偏方案的仿真结果进行比较分析，验证了新型综合纠偏控制算法的显著优点，并为算法实现提供了较为可靠的理论依据。
　　 最后，完成了新型纠偏控制器的软、硬件设计。硬件部分包括：嵌入式主控制板电路、信号采集电路、功率板电路和人机交互控制面板等，对其中的重要部分进行了方案论证；软件部分采用基于μCOS-II实时操作系统的模块化设计思路，将软件分解为数个任务模块，详细介绍了自适应重复控制算法的实现、PWM控制输出和人机交互等的实现。通过理论分析与实验结果表明，本系统达到了预期研究目的，将具有良好的应用前景。