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基于Smith Fuzzy-PID的热牵伸辊温度控制系统

作　者: 房海萍
导　师: 何宏; 莫凯
学　校: 天津理工大学
专　业: 控制工程
关键词: 热牵伸辊 Smith Fuzzy-PID复合算法 高频感应加热 CAN总线
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


本课题来源于项目“热牵伸辊转速与温度控制系统的研究”。针对传统的PID控制算法、工频感应加热方式的热牵伸辊存在的加热效率低、控温精度低、均匀性差等问题,本文设计了一种基于Smith Fuzzy-PID的热牵伸辊温度控制系统,该系统能控制导丝盘表面温度稳定在200℃。经过试运行、调试、改进,能达到±1.5℃的温度均匀性和±1℃的控制精度。本文的主要工作内容如下：一、热牵伸辊温控系统的硬件系统设计主控系统：微处理器将采集的温度值进行实时显示,并依据当前采集的温度值,运用Smith Fuzzy-PID复合算法推算出相应的控制量U,将该加热控制信号U送往高频加热装置的触发信号输入电路,同时微处理器通过CAN总线方式与上位机通讯,发送即时数据、接收待设定参数,并处理各种报警状态。检测系统：将导丝盘分成四温区,分别在对应温区埋置铂电阻传感器,高速旋转式温度变送器将传感器检测到的电压信号转换成温度值信号,并运用RS485通信方式传送至微处理器。执行系统：高频加热装置接收并处理触发信号输入电路送来的信号和电磁感应加热器反馈回来的信号,再通过驱动电路提供触发脉冲信号给变频控制器IGBT,使IGBT模块按特定规律完成开和关,进而给电磁感应加热器提供交变电压,产生交变电流,形成交变磁场,使导丝盘的铁质辊套切割磁力线产生若干涡流而自行加热。二、热牵伸辊温控系统的软件系统设计本文对PID控制、模糊自整定PID控制、Smith Fuzzy-PID控制进行了深入研究,并对这三种控制算法进行Simulink仿真,仿真结果表明：Smith Fuzzy-PID控制器的调节时间较短、超调量较小、稳态特性与动态响应特性均较好,它为一种控制规则优化、性能优良的智能型控制器。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 概述  9-11
    1.1.1 热牵伸辊简介  9-10
    1.1.2 热牵伸辊分类  10-11
  1.2 课题的背景与研究意义  11
  1.3 国内外相关技术的研究工作  11-12
  1.4 本课题的研究内容  12-14
第二章 热牵伸辊温控系统的硬件系统设计  14-26
  2.1 硬件系统的总体结构及工作原理  14-15
  2.2 主控系统器件选型及设计  15-21
    2.2.1 单片机选型及应用  15-16
    2.2.2 时钟电路的设计  16
    2.2.3 复位电路的设计  16-17
    2.2.4 智能键盘与显示电路设计  17-18
    2.2.5 存储器扩展电路设计  18-19
    2.2.6 CAN通信电路设计  19-20
    2.2.7 报警/指示电路设计  20-21
  2.3 检测系统设计  21-23
    2.3.1 Pt100铂电阻技术  21
    2.3.2 高速旋转式温度变送器的基本结构  21-22
    2.3.3 RS485通信电路设计  22-23
  2.4 执行系统设计  23-24
    2.4.1 高速光耦电路设计  23-24
    2.4.2 高频加热控制装置的基本结构  24
  2.5 电源电路设计  24-25
  2.6 本章小结  25-26
第三章 热牵伸辊温控系统的软件系统设计  26-34
  3.1 主程序设计  27-28
  3.2 数据采集程序设计  28-30
  3.3 Smith Fuzzy-PID控制算法程序设计  30-31
  3.4 键盘与显示程序设计  31
  3.5 CAN总线通信程序设计  31-33
  3.6 本章小结  33-34
第四章 模糊PID控制理论研究  34-46
  4.1 PID控制  34-39
    4.1.1 PID控制基本原理  34-37
    4.1.2 PID参数整定方法  37-39
  4.2 模糊控制  39-45
    4.2.1 模糊控制基本原理  39-40
    4.2.2 模糊控制器分类  40-41
    4.2.3 模糊控制器设计  41-45
  4.3 本章小结  45-46
第五章 Smith Fuzzy-PID控制理论研究及仿真分析  46-62
  5.1 Smith预估控制  46-50
    5.1.1 Smith预估控制原理  46-47
    5.1.2 纯滞后补偿的数字控制器设计  47-50
  5.2 Smith Fuzzy-PID控制  50-54
    5.2.1 模糊自整定PID控制的基本结构  50
    5.2.2 Smith Fuzzy-PID控制的基本结构  50-51
    5.2.3 Smith Fuzzy-PID控制器的设计  51-54
  5.3 MATLAB仿真分析  54-61
    5.3.1 MATLAB仿真简介  54
    5.3.2 控制对象模型的建立  54-55
    5.3.3 常规PID控制仿真分析  55-56
    5.3.4 模糊自整定PID控制仿真分析  56-59
    5.3.5 Smith Fuzzy-PID控制仿真分析  59-61
  5.4 本章小结  61-62
第六章 总结与展望  62-63
参考文献  63-66
发表论文和科研情况说明  66-67
致谢  67

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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