定量注料设备的控制系统研究

摘要

本文针对企业具体的工况要求,对其现有定量注料设备的控制方案进行了改进。所研究的注料设备以蠕动泵为核心提供注料压力,使用步进电机带动泵头旋转。由于泵体自身结构和软管的特性,流量输出呈高度非线性时变特征。这使得传统的PID控制效果不够理想,流量输出误差过大。在前期研究中,本文对现有注料设备的工作特性做了大量的现场监测,积累了第一手数据。在数据分析的基础上,确定了基本的技术路线,即在传统PID控制中引入仿人智能控制的思想,结合人工经验,将流量输出误差划分区间,在不同的误差区间里,采用不同的PID控制参数。　　泵体的流量输出受控于步进电机的位置和转速。考虑到步进电机带负载运行时可能出现的失步和震荡,会影响到整个系统的控制效果,本文对步进电机的控制系统进行了深入的研究,探讨了一种无位置传感器的步进电机矢量控制策略。即利用扩展卡尔曼滤波算法来估计电机的位置和转速,并将其送入控制器,为电机的位置和速度控制提供反馈。由于扩展卡尔曼滤波对系统噪声和测量噪声的统计特性都有考虑,所以,将蠕动泵的负载转矩因辊轮位置的变化而产生的波动作为一个噪声量处理,对于提高步进电机的控制性能有较大帮助。　　最后本文设计了步进电机的功率驱动电路,并根据理论研究搭建了步进电机的DSP控制系统。针对整个注料设备的控制方案,在企业的设备平台上进行了调试,最后的试运行效果表明,结合了仿人智能控制思想的控制方法,比传统 PID的控制特性要优越得多,前景广阔。

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第一章 绪论

§1.1 课题来源

§1.2 国内外研究现状

§1.3 研究内容与意义

§1.4 本文的主要工作

第二章 注料设备系统分析

§2.1 被控对象工作原理

§2.2 输出流量监测与分析

§2.3 控制系统整体方案设计

§2.4 本章小结

第三章 注料设备的仿人智能控制策略研究

§3.1 仿人智能控制原理

§3.2 注料设备的仿人智能控制器设计

§3.3 本章小结

第四章 二相混合式步进电机无位置传感器控制研究

§4.1 二相混合式步进电机的结构和工作原理

§4.2 二相混合式步进电机的结构与数学模型

§4.3 矢量控制技术

§4.4 无传感器控制技术

§4.5 基于EKF观测器的二相混合式步进电机控制研究

§4.6 本章小结

第五章 系统实现与测试

§5.1 硬件电路设计

§5.2 控制系统软件设计

§5.3 步进电机驱动系统测试

§5.4 注料设备流量测试与分析

§5.5 本章小结

第六章 总结与展望

§6.1 工作总结

§6.2 本文存在的问题及下一步研究工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文