【摘要】：城鎮(zhèn)化的推進(jìn)和電力基礎(chǔ)設(shè)施的改造,使得市場對交聯(lián)電纜的需求越來越大。懸鏈?zhǔn)讲季址绞降慕宦?lián)電纜(Cross-linked Polyethylene,XLPE)生產(chǎn)線有著投資小、易維護(hù)、效率高等優(yōu)點,被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。懸鏈?zhǔn)浇宦?lián)電纜的張力控制系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)是影響電纜生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵系統(tǒng)。張力控制系統(tǒng)存在強擾動、非線性、滯后等特性和卷繞半徑實時變化等難以處理的問題。溫度是一個具有慣性和大滯后特性的被控對象,生產(chǎn)過程中要求溫度控制系統(tǒng)響應(yīng)速度快,精度高,抗干擾能力強。在實際的應(yīng)用中,常規(guī)的PID算法對于這兩種復(fù)雜系統(tǒng)不能取得很好的控制效果,無法滿足生產(chǎn)工藝的需求。因此,研究懸鏈?zhǔn)浇宦?lián)電纜的張力和溫度控制系統(tǒng)對工業(yè)生產(chǎn)具有實際意義�；谏鲜霰尘�,本文主要的研究內(nèi)容如下:(1)簡單的介紹了懸鏈?zhǔn)浇宦?lián)電纜生產(chǎn)工藝,分析了張力產(chǎn)生原理、張力控制方式和控制裝置。通過對電纜收卷過程原理的分析,得出了影響張力穩(wěn)定的主要因素是收卷半徑實時變化。隨后總結(jié)了懸鏈?zhǔn)浇宦?lián)電纜張力控制系統(tǒng)的控制難點和需要解決的問題,并介紹了電纜溫度控制的特性和原理。(2)根據(jù)懸鏈?zhǔn)浇宦?lián)電纜生產(chǎn)時的走線流程,采用機理法,如伺服電機運動方程、轉(zhuǎn)動定律等電氣力學(xué)原理,建立了整個張力控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。然后,通過電纜生產(chǎn)系統(tǒng)的加熱原理和特性分析出了溫度控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。(3)介紹了傳統(tǒng)的PID算法、Smith算法以及預(yù)測PI算法,并將三種算法應(yīng)用到具有一階慣性加純滯后特性的溫度數(shù)學(xué)模型當(dāng)中。通過仿真對比分析,證明了基于預(yù)測PI算法設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)具有更好的響應(yīng)性能、抗干擾性能和魯棒性能。(4)為解決張力控制系統(tǒng)收卷半徑實時變化、滯后、強干擾等控制問題,分析了串級控制系統(tǒng)的性能,提出了一種以收卷線速度控制為副回路,電纜懸垂位置控制為主回路的串級張力控制方案,并給出了系統(tǒng)控制框圖。接下來將雙預(yù)測PI算法與幾種先進(jìn)的國外算法相比較,驗證了雙預(yù)測PI算法很適合控制非自衡時滯對象。最后,通過仿真證實了基于雙預(yù)測PI算法設(shè)計的串級張力控制系統(tǒng)對于收卷半徑實時變化,模型參數(shù)易變等問題有著良好的控制效果,并且系統(tǒng)具有響應(yīng)快、抗干擾能力強、魯棒性好等優(yōu)點。(5)為了將研究的內(nèi)容和實際工業(yè)應(yīng)用相結(jié)合,設(shè)計了一套基于OPTO22 PAC Project平臺的實時監(jiān)控軟件。首先搭建MATLAB Simulink模塊用來模擬實際的張力和溫度系統(tǒng)對象,然后在PAC Control中設(shè)計控制策略,并對控制算法進(jìn)行離散化與編寫。接下來通過OPC技術(shù)實現(xiàn)PAC Control與MATLAB Simulink的通信和數(shù)據(jù)交互,最后在PAC Display中設(shè)計人機交互界面,用戶能夠方便的在交互界面上修改控制器的參數(shù)和監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)。
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM75;TP273
【圖文】：

的交聯(lián)電纜生產(chǎn)線，既不需要過高的廠房，又可以解決電纜的高度與水平跨度又可以按原有條件適當(dāng)調(diào)整[30]，是目前聯(lián)電纜生產(chǎn)線。懸鏈?zhǔn)浇宦?lián)電纜的控制系統(tǒng)復(fù)雜，技術(shù)難點較響著電纜的懸垂度，溫度控制系統(tǒng)影響著交聯(lián)反應(yīng)的發(fā)生，核心的兩個控制系統(tǒng)。所以在了解懸鏈?zhǔn)浇宦?lián)電纜工藝背景控制系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)的系統(tǒng)特性、控制方式、和控制電纜生產(chǎn)工藝電纜生產(chǎn)線系統(tǒng)組成上牽引擠出機組

圖 4.5 階躍響應(yīng)的比較從圖 4.5 中可知，用 Ziegler-Nichols 法整定的 PID 控制器存在較多震蕩，系統(tǒng)響應(yīng)較慢，達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需的時間長，大約 t=1500s 時系統(tǒng)才達(dá)到穩(wěn)定，在 2000s時加入幅值為 0.5 的干擾后，系統(tǒng)恢復(fù)較慢且同樣存在震蕩；Cohen-Coon 法整定的 PID 控制器雖然調(diào)節(jié)時間相比 Ziegler-Nichols 法稍快，但系統(tǒng)響應(yīng)存在較大的超調(diào)量和震蕩，系統(tǒng)抗干擾能力差。由仿真可知，在 Ziegler-Nichols 法整定 PID 參數(shù)基礎(chǔ)上設(shè)計的 Smith 預(yù)估控制器，雖然消除了Ziegler-Nichols法給系統(tǒng)帶來震蕩和超調(diào)，具有很好地穩(wěn)定性。但是系統(tǒng)的響應(yīng)速度很慢，需要長時間才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)，抗干擾能力較差。預(yù)測 PI 算法設(shè)計的控制器，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間最短，響應(yīng)很快，在大約 t=400s時系統(tǒng)就已經(jīng)到達(dá)穩(wěn)態(tài)，且整個過程無超調(diào)和震蕩。在加入干擾后，系統(tǒng)也能快速的恢復(fù)，具有優(yōu)秀的抗干擾能力。（2）為了比較幾種算法的跟蹤性能，系統(tǒng)穩(wěn)定后，在 t=1800s 時，改變了系統(tǒng)的設(shè)定值，從 1 變?yōu)榱?1.5，系統(tǒng)的仿真結(jié)果如圖 4.6 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2719408