本文關鍵詞：基于PID控制的等離子弧壓調高控制器的研究

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【摘要】：公司生產活動中涉及到較多的金屬板材下料過程,一般的金屬板材下料方法有氧氣乙炔下料、激光下料、等離子下料等。等離子下料中的精細等離子切割技術在對板材加工時其加工質量可以媲美激光下料的加工質量,但其動能及輔材的投入小于激光。為提高等離子下料效率及下料精度,同時可進行批量柔性化生產,數控等離子切割技術被應用于金屬板材下料。數控等離子切割方式在實現批量柔性化生產的同時,降低了操作人員的勞動強度,同時可以實現板材整體套料減少了材料浪費。從而加快了生產的進程,降低了成本,保障了產品質量。隨著公司對產品品質要求的不斷提高,手工等離子切割已經不能滿足切割零件精度要求,因此公司在金屬板材下料過程中引進數控等離子切割機以替代手工等離子下料,盡量采用高精度的自動化切割設備以滿足生產需求。數控等離子切割過程中等離子切割槍與工件的高度影響到設備耗材使用的壽命、切割零件的切割質量及切割電源電流、電壓的變化等方面,所以對數控等離子切割槍的高度控制是設備參數的一個重要因素。目前設備使用的調高控制器多為模擬量控制,采用PWM控制電機進行高度控制,模擬量控制器采用模擬電路進行信號的采集和處理,可采用簡單的控制電路實現基本控制功能,所以其制造成本比數字信號控制系統(tǒng)低,但其信號處理速度較慢容易產生滯后的控制量輸出,導致控制實際輸出滯后于預期,割據出現較大波動,操作人員需要進行頻繁調整,增大了操作人員的勞動量。為改善調高控制器的調整精度與響應速度,本課題準備利用單片機采用增量式PID控制方式并結合伺服控制系統(tǒng)進行調高控制器的研究。本次研究以仿真實驗為主,所以根據編制的程序和現場實際情況對硬件電路進行搭建,并根據實驗程序進行仿真。為模擬現場弧壓反饋,采用滑動變阻器來控制輸入電壓,電壓控制范圍為0~5V,控制仿真未采用伺服系統(tǒng)進行仿真,但采用輸出控制電壓為0~10V來控制伺服系統(tǒng)轉速。公司實際使用的弧壓調高系統(tǒng)為模擬調高控制系統(tǒng),而本文準備實現的弧壓調高系統(tǒng)由硬件和軟件組成,同時伺服驅動系統(tǒng)的參數設置也至關重要。其硬件部分主要包含單片機電源及控制部分和伺服電機運動部分。硬件電路主要負責執(zhí)行內容,而控制部分的核心內容為控制程序和參數的設計及優(yōu)化,所以為保障整個控制系統(tǒng)的精度和效率,需要對控制程序進行設計和優(yōu)化。為減少設計投入,加快設計速度本次研究以仿真實驗為主要研究手段,主要目的為尋求本次設計的P、I、D最佳參數。本文通過對公司使用的數控等離子調高系統(tǒng)存在的問題進行分析研究,并根據公司實際使用情況以MATLAB、PROTEUS和KEIL為基本研究工具對公司使用的數控等離子調高控制系統(tǒng)進行原理分析,從而建立控制模型并編寫仿真和控制程序,最后進行仿真實驗,并確立最佳控制的PID參數。
【關鍵詞】：數控等離子 弧壓調高 單片機 PID 仿真
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP273
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-21
• 1.1 課題的目的和意義12-14
• 1.2 數控等離子切割機系統(tǒng)原理14-16
• 1.3 國內外數控等離子切割技術的發(fā)展現狀16-17
• 1.4 調高控制器的發(fā)展狀況17-20
• 1.5 論文的主要內容20-21
• 第二章 弧壓調高系統(tǒng)整體結構設計21-29
• 2.1 基于弧壓調高的數控等離子整體結構方案22-23
• 2.2 弧壓調高控制系統(tǒng)設計及硬件構成23-27
• 2.2.1 控制系統(tǒng)設計23-24
• 2.2.2 伺服驅動系統(tǒng)24-25
• 2.2.3 單片機介紹25-26
• 2.2.4 AT89C51簡介26
• 2.2.5 伺服驅動器、伺服電機及直線導軌26-27
• 2.3 本章小結27-29
• 第三章 數控等離子調高控制系統(tǒng)PID控制算法的研究29-38
• 3.1 系統(tǒng)仿真技術29-33
• 3.1.1 仿真技術的定義29
• 3.1.2 仿真的分類和基本步驟29
• 3.1.3 PID仿真器件29-31
• 3.1.4 仿真模型建立31
• 3.1.5 PID控制器各單元的作用31-32
• 3.1.6 仿真實驗軟件選擇32-33
• 3.2 弧壓調高控制系統(tǒng)PID控制器算法研究33-37
• 3.2.1 弧壓調高控制系統(tǒng)PID控制實現的控制算法的選擇33-34
• 3.2.2 弧壓調高控制系統(tǒng)PID增量式算法的實現34-36
• 3.2.3 弧壓調高系統(tǒng)增量式PID控制算法對不良影響的抑制36
• 3.2.4 弧壓調高控制系統(tǒng)PID參數的實驗試湊方法36-37
• 3.3 本章小結37-38
• 第四章 弧壓調高PID控制參數仿真硬件電路設計38-43
• 4.1 弧壓調高控制器PROTEUS仿真電路38-39
• 4.2 弧壓調高控制器KEIL仿真軟件39-40
• 4.3 伺服系統(tǒng)控制電路及參數設置40-41
• 4.4 本章小結41-43
• 第五章 弧壓調高PID控制仿真實驗驗證43-55
• 5.1 交流伺服系統(tǒng)傳遞函數的建立43-44
• 5.2 基于MATLAB的試驗研究確立P、I、D控制參數44-53
• 5.3 單片機弧壓控制器程序的編寫53-54
• 5.4 本章小結54-55
• 第六章 結論與展望55-56
• 參考文獻56-58
• 附錄58-66
• 致謝66

【參考文獻】

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本文編號：947288