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热牵伸辊新型智能温控系统研究与设计

作　者: 武艺泳
导　师: 陈铁军
学　校: 郑州大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 热牵伸辊温度控制专家控制旋转温度变送器 C8051F单片机
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

热牵伸辊广泛应用于纺织化纤行业,完成化纤丝的全牵伸工艺,是纺纤联合机上的关键部件之一。热牵伸辊导丝盘表面同一位置的温度稳定性和整个工作区域横向的温度均匀性直接影响到化纤丝的牵伸质量。导丝盘表面温度均匀性主要跟加热器种类和性能、辊体结构和材质以及匀热方式有关,而温度稳定性主要由温控系统的测温精度和控制性能决定。热牵伸辊辊体在工作过程中高速旋转,为温度的测量与变送增加了难度。热牵伸辊作为温度控制对象,具有较大的惯性时间常数和纯滞后,且具有复杂的非线性和时变性,难以对其建立精确的数学模型。热牵伸辊受工作条件和环境影响造成的变参数、变结构等不确定性同样使得传统的温度控制方法难以满足生产要求。本文研究与设计了一种热牵伸辊新型智能温控系统,用于实现对热牵伸辊温度的准确测量与最优化控制。系统中旋转温度变送器采用非接触式供电及红外数据传输技术解决了高速旋转辊体的温度测量与变送。通过采用多极性磁环和霍尔元件,旋转温度变送器在进行温度测量的同时,还能够同步测量热牵伸辊转速。温控器采用完全集成的低功耗C8051F410单片机为控制核心,同时对两路热牵伸辊温度进行实时控制。为了保证温控器工作的稳定性与抗干扰能力,温控器各输入输出信号以及电源之间均采取有效的隔离。将PID专家控制器应用于热牵伸辊温控系统,通过不断丰富与细化专家知识库,实现了热牵伸辊温度在不同设定温度、不同转速、不同室温、不同负载条件下的智能控制。结果表明,该系统长期连续运行安全可靠,稳定性和抗干扰能力强,温度测量范围为-40-300℃,温度测量分辨率为0.1℃,温度控制精度达到0.3℃。P1D专家控制器温度控制性能良好,超调量小于1.5%,调节时间小于8分钟。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-15
  1.1 热牵伸辊概述  10-11
  1.2 研究背景  11-12
  1.3 研究的目的和意义  12-13
  1.4 国内外研究现状  13-14
  1.5 课题研究的主要内容  14-15
2 系统总体分析与设计  15-21
  2.1 需求分析  15-16
    2.1.1 主要功能  15-16
    2.1.2 系统需求  16
  2.2 系统组成  16-19
  2.3 系统软硬件架构  19-21
3 旋变器功能分析与设计  21-29
  3.1 总体设计  21-22
  3.2 硬件设计  22-25
    3.2.1 定子硬件设计  22-24
    3.2.2 转子硬件设计  24-25
  3.3 软件设计  25-29
    3.3.1 采样频率  26-27
    3.3.2 滤波和线性查表  27
    3.3.3 报警分析  27
    3.3.4 红外数据发送  27-29
4 温控器及控制柜面板设计  29-50
  4.1 温控器设计  29-37
    4.1.1 硬件设计  30-33
    4.1.2 软件设计  33-37
  4.2 控制柜面板设计  37-42
    4.2.1 硬件设计  38-39
    4.2.2 软件设计  39-42
  4.3 通信功能  42-50
    4.3.1 RS-485通信电路设计  43-44
    4.3.2 柜内485通信协议  44-47
    4.3.3 柜外485通信协议  47-50
5 温度控制算法研究  50-58
  5.1 PID控制原理  50-51
  5.2 先进温度控制方法  51-52
  5.3 PID专家控制器原理与设计  52-55
    5.3.1 专家控制器工作原理与结构  52-53
    5.3.2 PID专家控制器设计  53-55
  5.4 实验测试结果  55-58
6 系统实现  58-60
7 结论与展望  60-62
  7.1 结论  60-61
  7.2 展望  61-62
参考文献  62-64
致谢  64-65
个人简介、在学期间发表的学术论文与研究成果  65

热牵伸辊新型智能温控系统研究与设计

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