基于DSP的拉丝机恒张力控制PID调节器设计与实现
高速拉丝机恒张力收线数控系统设计概要
第32卷增刊2006年8月光学技术0PTICAL TECHNIQUEV01.32Suppl.August2006文章编号:1002—1582(2006S037l一03高速拉丝机恒张力收线数控系统设计+黄斌,唐艮宝(桂林电子科技大学机电与交通工程系,广西桂林541004摘要:介绍了一种用于高速拉丝机恒张力收线的数字控制系统。
在该系统中其控制核心主要由单片机8098、转速电流输入通道、数字PID调节器等组成。
系统通过对张力与电机电流和转速三个参数的实时采集和处理,能够在运行中获得良好的动静态性能。
由于系统性价比高,结构简单,具有一定的实用价值和推广意义。
关键词:8098单片机;PID控制;拉丝机;恒张力中图分类号:TP27文献标识码:AThe numeral control systern of the high speed drawbenchHUANG Bin,TANG Liang.bao(Department of Mechatronics and Traffic Engineering,Guilin University of Electronic Technology,Guilin541004,China Abstract:A kind of used for the numeral control system that the high speed wire drawing machiRe to accept the line in the constant tension is introduced.The controlling system mainly consists of singlechip,motor speed and current input,digital PID regulators.The system can acquire tO moving andstatic state performance gcxdly in the movement through the tension and dee—tric current and turns collected with processing.Because price the ratio of the system is high and the structure is simple,the sys. tern has practical value and expanding meaning.Key words:8098singlechip;PID control;drawbench;constant tension1引言拉丝过程中,随着收线盘上缠绕的金属丝越来越多,收卷盘直径也逐渐增大,如果此时不对收线电机进行调速控制,当收线盘线速度大于拉丝主电机塔轮上的金属丝的线速度时,就会影响金属丝的质量甚至导致断丝,反之,张力过d,Bg,会产生乱丝缠绕现象。
恒张力恒速度卷绕控制系统的设计及应用
信号采集，进而通过改变收卷辊和放卷辊的速度及速度 差，实现对卷绕过程中张力和速度的调控，此卷绕控制系 统有望应用到实际生产现场。简化的卷绕控制系统如图 1 所示。
图 1 卷绕控制系统
Techniques of Automation & Applications 19
《自动化技术与应用》 2021 年第 40 卷第 6 期
Key words: winding control system; PLC; tension sensor; rotary encoder; constant tension; constant winding speed
1 引言
卷绕系统往往应用于造纸、纺织、冶金等领域，出于 产品生产工艺的需求，卷绕控制系统往往需要对张力及 卷绕速度进行控制。当张力值过小时，物料带会变得松 弛；当张力值过大时，物料带往往会出现崩断的现象，使 产品质量大大降低[1]。与此同时，改变系统卷绕速度同样 会影响生产效率。为此，必须设计一种基于恒张力、恒卷 绕速度的卷绕控制系统，以使相关生产厂家获得最大的 生产效率、获得最高的经营利润。本文以简化的卷绕控 制系统为分析对象，通过张力传感器和旋转编码器实现
关键词 : 卷绕控制系统；PLC；张力传感器；旋转编码器；恒张力；恒卷绕速度 中图分类号：TP273 文献标识码:B 文章编号:1003-7241(2021)06-0019-04
Design and Application of Constant Tension and Constant Speed Winding Control System
工业控制与应用
Industry Control and Applications
基于模糊PID铺丝机恒张力送丝控制系统设计
基于模糊PID铺丝机恒张力送丝控制系统设计骈健;戴惠良;孙伟东【摘要】自动铺丝机是复材成型的关键设备.针对铺丝过程中纤维张力的恒定影响着制件性能,提出了一种铺丝机恒张力送丝控制系统的设计方案.该方案以STM32微控制器为主控单元,直流无刷电机为执行元件.设计了一种模糊PID控制器,使整个系统可以实时调节,通过Simulink的仿真分析验证了模糊PID优越性;通过搭建的试验平台对该系统进行试验,验证其张力控制的效果.【期刊名称】《自动化与仪表》【年(卷),期】2018(033)008【总页数】5页(P39-43)【关键词】模糊PID;恒张力控制;铺丝机;Simulink仿真【作者】骈健;戴惠良;孙伟东【作者单位】东华大学机械工程学院,上海 201620;东华大学机械工程学院,上海201620;东华大学机械工程学院,上海 201620【正文语种】中文【中图分类】TP273铺丝机是复材成型特种机床，它解决了复杂轮廓复材制件成型困难和成本高的问题[1]。
目前，铺丝机的关键技术主要掌握在西方国家手中，我国的研究起步相对较晚，复材成型技术远落后于西方发达国家。
《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》中将“开发满足国民经济基础产业发展需求的高性能复合材料及大型、超大型复合结构部件的制备技术”列入重点研究内容[2]。
纤维张力在铺丝机铺丝过程中起关键作用，张力控制的好坏是评价纤维自动铺放工艺极为重要的性能指标[3]。
铺丝过程中张力的波动会使复材制件力学性能大大降低，因此文中设计了一套铺丝机恒张力送丝控制系统，进行Simulink仿真并搭建了试验平台进行试验，验证其控制效果。
1 恒张力控制系统设计1.1 张力控制方式的选择铺丝机恒张力送丝控制系统采用由电动机控制纤维丝的方式，通过张力检测装置把张力大小的信号反馈给控制单元，再由控制单元控制电动机的转速或者输出力矩，使纤维丝的张力大小稳定在要求的范围之内[4]。
基于交流电机调速的恒张力控制系统的研究的开题报告
基于交流电机调速的恒张力控制系统的研究的开题
报告
标题：基于交流电机调速的恒张力控制系统的研究
研究背景和意义：
随着现代工业生产的发展，钢丝、鱼线、玻璃纤维等轻质材料在工
业生产中得到广泛应用，而这些材料的生产和加工需要恒定张力的控制。
传统的张力控制方式主要采用机械式张力控制，但存在精度低、可靠性差、易受环境因素影响等问题。
因此，开发一种能够实现高精度、高稳
定性、强适应性的恒张力控制系统显得尤为重要。
电机调速技术已广泛应用于工业自动化控制中。
与传统机械式张力
控制相比，利用电机调速控制恒张力不仅精度高、可靠性好，还能实现
自动化、高效化和节能减排的目标。
研究内容和方法：
本课题旨在设计基于交流电机调速控制的恒张力控制系统，主要研
究内容包括：
1. 恒张力控制系统的原理和结构设计：通过文献调研与实际需求，
设计并优化恒张力控制系统的结构和工作原理。
2. 电机控制算法的设计：结合PID控制算法，设计恒张力控制系统
的电机控制算法，使其能够自动调节电机转速，实现恒定张力的控制。
3. 恒张力控制系统的实现：通过实验验证和实际应用测试，对恒张
力控制系统进行调试和优化，实现高效、准确的恒张力控制。
预期结果和意义：
通过本研究，预期可以设计出一种基于交流电机调速的恒张力控制
系统，实现高精度、高稳定性的恒张力控制。
该系统不仅能够满足工业
生产中对恒张力的需求，而且还具有自动化、高效化、节能减排等多重优势，为工业自动化领域的发展提供有益的参考和借鉴。
直线式拉丝机恒张力拉拔控制系统的研究
直线式拉丝机恒张力拉拔控制系统的研究陈硕;郭加定;蓝兆辉;许火盛【摘要】Aiming at the problem of tension control in the drawing process of straight￣line drawing machine, this paper presents a new constant￣tension control system based on tile sensor. The speed of pre and post passes is tracked automatical y by adjusting the motor speed of the pre pass. The tilt sensor is used to measure the swing angle of the swing link in the tension tuning rol er. By analyzing the geometric relationship between swing angle and the wire length between pre and post passes, the mathematical model of the speed change between pre and post passes and the change of swing angle of the swing link is established. PLC,VVVF control of induction motor and PID control algorithms are applied in the control system. The model of speed control system in the drawing process between pre and post passes is established and simulated byMatlab/Simulink. The results show that this control system can be recovered to the stable working state quickly. Besides,it is of perfect dynamic performance and strong anti￣interference ability.%针对直线式拉丝机拉拔过程中的张力控制问题，设计了基于倾角传感器的恒张力拉拔控制系统，通过调节前一道次电机转速，使得前后道次速度自动跟踪匹配。
基于DSP的恒张力走丝系统设计
测量 电极 丝张 力的 变化 。实验 结果表 明 ， 型走 丝 系统 实现 了电极 丝的 恒 张 力控 制 。在 电极 丝 的 新
Ｈａ ｚ ｕ ｎ Ｆｕ ｈ ，Ｈ ｅ Ｙａ ｄ ｏ ， Ｃｈｅ ａ ｇ ｎｕ２ ｎ Ｇ ｎ ，Ｚｈ ｕ Ｘｉｏ ｕ ｎ ２，Ｂａ ｏ ａｇ ａ ｇ ｏ Ｚｈｉｈｕ ｓ
（１ ．Ｔｓｎ ｈ ａＵｎｖ ｒｉ ｉｇ ｕ ｉｅｓｔ ｙ，Ｂｅ ｇ １ ０ ８ ｉｎ ０ ４，Ｃｈｎ ； ｊ ｉ ０ ｉａ
ｓ ｏ ｔ ｔｔ ｅ ｗｉｅｗｉ ｄ ｎ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ ｌｚ ｏ ｔ ｎ ｒ ｅ ｉｎ ｃ ｎ ｒ ｌ ｈ ｗ ｈａ ｈ ｒ ｎ ｉ ｇ ｓ ｓ ｅ ｃ ｎ ｒ ａｉｅｃ ｎｓａ ｔｗｉｅｔ ｎｓｏ ｏ ｔｏ 、Ｗ ｈｅ ｈｅｗｉｅ ｔ ｎ ｉｎ ｉ ｎ ｔ ｒ ｅ ｓｏ ｓ
２．Ｂ ｉｎ ｉｅ ｓ ｙｏ ｏ ｔ ｎ ｅｅｏ ｅｊ ｇ Ｕｎｖ ｒｉ ｆｐ ｓｓａ ｄ ｔｌｃ ｍｍｕ ｉａｉｎ ，Ｂ ｉｎ ０ ８ ６，Ｃｈｎ ； ｉ ｔ ｎｃｔ ｓ ｅ ｉｇ １ ０ ７ ｏ ｊ ｉａ
３ ｕ ｈ ｕＳ ｎ ｕ ｎ ｃｅ ｃ ．Ｓ ｚ ｏ ａ ｇ ａ ｇｓｉｎ ｅ＆ ｔｃ ｎ ｌｇ Ｏ ，Ｌ ｅｈ ｏｏ１ ｉａ）
维普资讯
乜 ｆ － ０ ６ － ２ｊ 川， ‘膜Ｈ｝ ０ Ｊ ２ ｑ ９
设 计 ・ 究 研
基 于 Ｄ Ｐ的 恒 张 力 走 丝 系统 设 计 Ｓ
韩福 柱 ‘ ，贺艳 朵 ，程 刚 ‘ 周 晓 光 ， ，包志 书。
（１ 清 华大学 精 密仪器 与机 械学 系 ， 京 １０ ８ ； ． 北 ０ ０ ４ ２ 北 京 邮电大 学 自动化学 院 ， 京 １０ ７ ． 北 ０ ８ ６；
张力控制PID参数的经验设置
张力控制PID参数的经验设置我在手册上查到的，并已实际的测试过，方便且比较准确应用于传统的PID1。
首先将I，D设置为0，即只用纯比例控制，最好是有曲线图，调整P值在控制范围内成监界振荡状态。
记录下临界振荡的同期Ts2。
将Kp值=纯比例时的P值3。
如果控制精度=1.05%，则设置Ti=0.49Ts ; Td=0.14Ts ;T=0.014控制精度=1.2%，则设置Ti=0.47Ts ; Td=0.16Ts ;T=0.043控制精度=1.5%，则设置Ti=0.43Ts ; Td=0.20Ts ;T=0.09 朋友，你试一下，应该不错，而且调试时间大大缩短******************************************************************** ************************效果不理想，平常手动时在，/-200牛顿左右波动(LoadCell式张力传感器);自动时最好也就+/,80N吧(注意:6,了～感觉有震荡嫌疑了)。
没有趋势图，波动周期没测过。
简单介绍一下这里的张力控制:loadcell测张力(单位n，范围0,2400n);通过调速调节张力;速度主给定为前级车速(前级车速由模拟量传送到PLC，PLC进行速比运算后模拟量输出到驱动主给定)，张力PID输出做为车速的辅助给定(主给定，/,5%);OB13调用PID 功能块;5次平均法滤波(会导致一定的滞后，但可disable)。
我做过:张力传感器校验，通过，入PLC信号屏蔽良好，校验时波动非常小;各模拟量屏蔽，屏蔽线单端接地;强制输出模拟量到驱动主给定，手动模式下调试驱动装置，速度较稳定(直流模拟装置，150mpm给定下速度波动+/,0.4mpm，最大车速375mpm);前级车速控制回路参数整定(数字回路，车速稳定);disable 张力传感器滤波，效果与有滤波无明显不同，最终还是加了滤波;PI参数整定，比例参数由原来的6.00一直降到2.45效果稍好，但不明显，比例加大后超调太多; 上帝呀，老天爷呀，真主呀，佛祖呀，土地呀我都求过了。
基于DSP与CPLD的张力测控系统设计的开题报告
基于DSP与CPLD的张力测控系统设计的开题报告一、选题背景张力控制在纺织、包装、印刷等行业中有广泛应用。
张力控制系统的研究和应用，可以实现生产自动化、提高生产效率和产品质量。
本项目基于数字信号处理(DSP)技术和复杂可编程逻辑器件(CPLD)技术，设计一款高性能、高精度、高稳定性的张力测控系统。
该系统可实现对张力的实时监测及自动控制，对张力的稳定性和精度进行优化，提高生产效率和产品质量。
二、研究内容1. 系统框架设计：设计合理的系统框架，确定系统所采用的硬件平台和主要模块。
2. 系统硬件设计：根据系统框架设计，选定适合的硬件平台，包括DSP和CPLD芯片，以及传感器、执行器等外围器件。
进行硬件信号接口设计和电路原理图设计。
3. 系统软件设计：开发DSP和CPLD的程序，完成系统功能模块的实现，并进行模块间的协调与管理。
4. 系统测试验证：对系统进行功能测试、性能测试、稳定性测试等各项测试，并进行调试和优化。
三、研究意义1. 实现张力测控系统的自动化控制，提高生产效率和产品质量。
2. 提高系统测量精度和稳定性，保证生产过程的准确性和一致性。
3. 探索DSP和CPLD技术在张力测控系统中的应用，为相关领域的研究提供参考。
四、拟解决的问题1. 传统的张力控制方法无法满足高要求的生产需求，需要高性能、高精度、高稳定性的新技术进行改进。
2. 当前市场上的大多数张力测控系统仍停留在模拟信号处理阶段，无法满足数字化生产的需求，有必要引入DSP和CPLD等数字信号处理技术。
3. 目前很少有综合DSP和CPLD技术的张力测控系统研究，缺乏相关的技术应用和研究经验。
五、研究方法1. 采用DSP和CPLD芯片作为系统的核心控制部件，搭建系统硬件平台，实现数字信号采集、处理和控制。
2. 设计相应的传感器和执行器接口电路，采用比例积分微分(PID)控制算法完成系统的自动控制。
3. 利用MATLAB和Verilog编程语言开发DSP和CPLD的程序，实现系统的功能。
直进式拉丝机张力控制系统的实现
、 Ｉ
匐
续 明进
直进式拉丝机张 力控制 系统的实现
（ 京印刷学院 ，北京 １ ２ ０ ） 北 ６ ０ ０
摘
要 介绍直进式拉丝机自动控 制改造项 目中的设计思想 ， 系统 的控制规律 ， 软件方式实现了 根据 采用
整个系统 的张 力控制 ，运行结果 良好 。
收稿日期：２ ０ —２１ ０ ７０ —０ 作者简介：续 明进 （９ ０一）男，山东 临沂人 ，讲 师，硕 士 ，主要研究方 向为 电力电子技术 。 １７
［４ 第 ２ 卷 ２１ ９
第６ 期
２０— ６ ０７ ０
维普资讯
Ｉ
于 变频 器效 率 高 ，变 频器 供 电输 入 的有功 功 率与 电 机 的输 出功 率 相等 ，可 得
ｙ＝ｔ ｔｔ ｌ ｔ ／ Ｎቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Ｄ Ｋ
（ ２ ）
对 于 该 套 直进 式 拉 丝 机 来 讲 ，卷 筒 电机 采 用 Ｖ ＶＶＦ ＷＭ变 频器 向其 供 电 ， 采 用转差 率 补偿 的Ｐ 且 控 制调 节技 术 ，三 个卷 筒 的 目标速 度设 定 即为对 应 变 频 器 的频 率 设 定 。三 个 卷 简 直 径 为 常 数 ， 由式
关键词 ：直进式拉丝机 ；自动控制 ；张力控制
中图分类号：Ｔ ２ ３ Ｐ ７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１ ０ —０ ３ （ ０ ７ ０ — ０４ ３ ９ ｔ ４ ２ ０ ） ６ ０ ２ —０ ０
直 进 式 拉 丝机 是焊 丝 材 料 生 产 线 中 的 主 要设 备 ，其张 力控 制是 最关 键 的环节 。本文 根据 焊丝 材 料 生产 过程 中存 在 的 问题 ， 用 Ｐ Ｃ作为 直 进式拉 采 Ｌ 丝机 的控 制 系统 ，对其 进行 了 自动 控 制改造 ，并对 变 频器 内部 进行 了局 部 的改造 ，采 用 间接 方 式实现
基于积分分离PID算法的张力控制器的设计
基于积分分离 ＰＤ算法的张力控制器的设计 Ｉ
Ｔ ｎ ｉｎ ｅ ｓｏ Ｃｏ ｔ ｌ ｒｗｉ Ｉｔ ｇｒ ｌ ｓ ｐ ｒ ｔ ｎ Ｉ Ａｌｏ ｉ ｍ ｎ ｒ ｌ ｔ ｎ ｅ ａ － ｅ ａ ａ ｉ Ｐ Ｄ ｇ ｒ ｈ ｏｅ ｈ ｏ ｔ
关 键词 ： 力控 制 器 ， 分分 离 ＰＤ 单 片机 ， 真 张 积 Ｉ， 仿
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒｃ
Ｉ ｓ ｄｉｉｕｌ ｔ ｃ ｔｏ ｔ ｓｏｎ ｎ ｒ ｉｇ ｔ ｆｃ ｔ ｏ ｏｎｒ ｌ ｅｎ ｉ ｉ ｐ ｉ ｎ ｍａｃ ｉｅ ｙ ｓｎ ｔｅ ｒ ｎａｙ ｃｏｎｒ ｌｒｆ ｈ ｔ ｓｏｎ ｏｎｒ ｌ ｙ ｔｍ ｏ ｉ ｎｔ ｈｎ ｂ ｕ ｉｇ ｈ ｏ ｄｉ ｒ ＰＩ Ｄ ｔｏｌ 。 ｔ ｅ ｅｎ ｉ ｃ ｔｏ ｓ ｓｅ ｅ ｏｒ ｆ ｐｒ ｔ ａ ｉｅ ｓ ａ ｏ ｉｅ ，ｔｏｎ ｃ ｐｌ ａ ａｎ ｎｇ ｏ ｐｌ ｓ ｓｅ ．ｈｉ ｐ ｅｒｄｅ ｇｎ ｔ ｓｏｎ ｃ ｔｏｌ ｒ ｔ ｉ・ ｉ ｉ ｍ ｃｈｎ ｉ ｎ ｎｌ ａｒｓｒ ｇ ｏｕ ｅ。ｎｄ ｃｈ ｇｉ ｃ ｍ ｅｘ ｙ ｔ ｍ Ｔ ｓ ａｐ ｓｉ ｓ ａ ｅｎ ｉ ｏｎ ｒ ｌ ｗｉ ｎ ｎ ｎｇ ｎ ｅ ｈ
。
辅一 止 辨
’
－ ’
▲
．
针 离 Ｉ肆 舒 Ｐ 浊 Ｄ
．
娈 器 顿
， ＩＬ 毓 Ｉ， Ｚ ￣
●
ｊ ｉ 、
镟 ●
，
豳 ３ 张 力控 制 系统 原 理 图
１ 张力 控 制 系统 本 文 应 用 的 张力 控 制 系 统 如 图 １ 示 ， 用 Ｃ ０ １ ０ ０单 所 采 ８ ５ Ｆ４
恒张力解决方案
恒张力解决方案一、引言恒张力解决方案是一种用于解决张力控制问题的创新方法。
在许多工业领域，如纺织、电力输送、航空航天等，张力的精确控制对于产品质量和生产效率至关重要。
本文将介绍恒张力解决方案的原理、应用以及优势。
二、原理恒张力解决方案基于张力控制系统的设计和实施。
该系统由以下几个关键组成部分构成：1. 传感器：用于测量张力的传感器安装在张力受力点上，可以实时监测张力的变化。
2. 控制器：控制器接收传感器的信号，并根据预设的张力值进行计算和控制。
控制器可以根据需要调整张力的大小和稳定性。
3. 执行器：根据控制器的指令，执行器调整张力装置的工作状态，以实现恒定的张力控制。
三、应用恒张力解决方案可以广泛应用于各种需要精确张力控制的行业和领域。
以下是几个常见的应用案例：1. 纺织业：在纺织生产中，纱线的张力控制对于纺织品的质量和生产效率至关重要。
恒张力解决方案可以确保纱线在整个生产过程中保持恒定的张力，从而提高产品质量和生产效率。
2. 电力输送：在电力输送过程中，电缆的张力控制对于电缆的安全性和可靠性至关重要。
恒张力解决方案可以实时监测和调整电缆的张力，确保其在安全范围内工作，减少故障和损坏的风险。
3. 航空航天：在航空航天领域，航空电缆和绳索的张力控制对于航空器的飞行性能和安全性至关重要。
恒张力解决方案可以确保航空电缆和绳索在飞行过程中保持恒定的张力，从而提高飞行性能和安全性。
四、优势恒张力解决方案相比传统的张力控制方法具有以下几个优势：1. 高精度：恒张力解决方案可以实时监测和调整张力，具有更高的精度和稳定性，可以满足对于精确张力控制的需求。
2. 自动化：恒张力解决方案可以自动化地进行张力控制，减少人工干预和操作错误的风险，提高工作效率。
3. 可追溯性：恒张力解决方案可以记录和存储张力的历史数据，提供可追溯性，方便质量管理和问题排查。
4. 灵活性：恒张力解决方案可以根据不同的应用需求进行定制和调整，适用于各种不同的张力控制场景。
基于遗传算法PID控制器在张力控制中的应用
西安工程科技学院学报Jou rnal of X i’an U n iversity of Engineering Science and T echno logy 第18卷第2期(总70期)2004年6月V o l.18,N o.2(Sum N o.70) 文章编号:16712850X(2004)022157203基于遗传算法P I D控制器在张力控制中的应用张 敏,赵小惠,王 锦(西安工程科技学院机电工程学院,陕西西安710048)Ξ摘要:采用遗传算法进行P I D参数的优化设计.根据控制任务的要求建立综合优化指标,在此基础上提出采用遗传算法进行P I D参数优化的基本步骤,并具体以数字控制系统P I D参数的优化为例进行了仿真计算.研究表明,对比传统的优化方法,遗传算法是一种十分有效的优化方法,遗传算法不要求优化对象的数学模型连续,而具有更宽的适用范围,同时遗传算法还具有较好的鲁棒性和稳定性.关键词:遗传算法;P I D控制器;张力控制;智能算法中图分类号:T P237 文献标识码:A 0 引 言随着智能控制技术的高速发展,对P I D控制器设计提出了更高的要求.P I D控制器参数的优化是一项对系统性能指标的优化过程.实际上对P I D控制器参数的优化是一个不断的反馈、修改的过程,在优化过程中需要对实际控制系统性能与预定性能指标不断进行比较、修正,逐渐完善对这一复杂系统的设计[1].遗传算法是依据达尔文的进化论及自然选择学说建立起来的一种搜索和优化算法[1,2].对于P I D 控制器参数进行优化,遗传算法是将目标函数转化为基因组群,以适应度函数为优化目标,通过基因操作得到下一代优化基因组合,如此反复迭代,直到满足最优收敛目标为止[3].遗传算法能得以广泛应用的原因是它对所优化目标的先验知识要求甚少,一般只需知道其数值关系即可,无需有连续性和可微性的限制;遗传算法大大降低了优化算法对于系统模型的要求,扩大了优化算法的适用范围[4].另一个重要原因是它的全局收敛性,由于遗传算法群体的多样性,使其尽可能在全方向上搜索,而且遗传算法使用随机规则进行操作,不是某个确定性的规则,因此可以很快达到最优解附近[5].本文中研究采用遗传算法进行P I D控制器参数优化的方法及其在织机张力控制系统中的应用.1 遗传算法的实现[6]1.1 问题的描述设目标函数为F=f(x,y,z),其中x,y,z是自变量,(x,y,z)的定义域为8,F是解的适应度的一种度量,为实数.不失一般性,考虑(x0,y0,z0),使得F=f(x0,y0,z0)=m axf(x,y,z),其中f为解空间(x,y,(x,y,z)∈8Ξ收稿日期:2004204229 联系人:张敏作者简介:张敏(19622),男,陕西省西安市人,西安工程科技学院副教授.851 西安工程科技学院学报 第18卷z)∈8到实数域F∈8的一种映射.1.2 编码与初始种群的产生待优化参数为K p,K i,K d,用一定比特数的0,1二进制码对自变量进行编码,形成基因码链,每一个码链代表一个个体,如x有32种可能取值x0,x1,…,x31,则可以用5b it的二进制码00000～11111来表示,将K p,K i,K d的基因组合在一起形成码链.t=0,随机产生n个个体,形成一个群体P(t),该群体代表优化问题的一些可能解的集合.遗传算法是从这些群体出发,模拟进化过程,择优汰劣,最后选择出优秀的群体和个体,满足目标函数的优化要求.1.3 遗传算法的操作(1) 计算适配值 按编码规则,将群体P(t)中的每一个个体的基因码所对应的自变量取值(x i,y i,z i)代人目标函数式,算出其函数值F i,i=1,2,…,n.F i越大,表示该个体有较高的适应度,更适合于所定义的生存环境,适应度F i为群体进化提供了依据.(2) 选择与复制 按一定概率从群体P(t)中选出m个个体,作为双亲用于繁殖后代,产生新的个体加入下一个群体P(t+1)中,这种选择就是一般采用适应度比例法,即给予适合于生存环境的优良个体更多繁殖后代的机会,从而使优良特性得以遗传.选择是遗传算法中的关键,它体现了自然界中适者生存的思想.(3) 交叉与重组 对于选中的用于繁殖的每一对个体,随机地选择同一整数n,将双亲的基因码链在此位置相互交换.交叉方法可以采用多种方式,交叉体现了自然界信息交换的思想,交叉方法不同反映了信息交换形式的多样性.利用交叉与重组就可以在子代中组合出性能更优的个体.(4) 变异 以一定概率P从群体P(t+1)中随机选取若干个体,对于选中的个体,随机选取某一位进行取反运算,即由1→0或由0→1,变异模拟了生物进化过程中基因突变现象.变异可使遗传算法具有局部随机搜索功能,可维持群体的多样性.(5) 迭代计算 对产生新一代的群体返回(2)再进行评价,交叉、变异如此循环往复,使群体中个体的适应度和平均适应度不断提高,直至最优个体的适应达到某一限值或最优个体的适应度和群体的平均适应度不再提高,则迭代过程收敛,算法结束.2 参数优化采用遗传算法对P I D控制器参数优化的具体流程如图1.通过对P I D控制器的参数优化达到对控制系统性能优化的目的.控制系统性能的优化数学模型通常可表示为:(1)选取目标函数y=m ax{-F(K p,K i,K d)};(1) (2)并满足边界条件E1(K p,K i,K d)≥c1,E2(K p,K i,K d)≤c2,(2) ……E n(K p,K i,K d)>c n,其中 c1,c2,c3,…,c n表示预先给定的约束条件,E1,E2,E3,…,E n为系统的某项性能的表达式.目标函数是最优指标和设计参数之间的函数表达式.求解优化就是运用最优化方法,求满足约束边界条件下目标函数的极值,这些解出的K p,K i,K d这些自变量就是所需要的最优解.寻优准则是考虑响应时间、稳态误差等,目的是尽量希望有一个比较统一的目标函数表达.假定优化的目标为对函数f 1,f 2,…,f i ,…最小化(即时间最短、稳态误差最小),总的目标函数可表示为m ax{-[(f 1 f 10)Χ+(f 2 f 20)Χ+…+(f i f i 0)Χ]},式中,f 10到f i 0可选择合适的系统计算参考值.指数Χ通常可在区间2至5之间取值.在优化过程中,寻优初始化的方法是在约束条件的范围内随机产生相应的群体,通过选择、交叉和变异的操作,重复遗传算法的寻优过程,可得到全局最优.上面的优化目标函数表明,优化过程可分为两部分.第一部分为根据约束条件计算得到寻优变量的可能范围,或者有关确定这些范围的函数关系.第二部分为完成寻优本身.表1 P I D 参数的优化结果参数优化前优化后K p 12.6316.87K i 4.226.45K d 1.110.993 在织机张力控制系统中的应用应用遗传算法通过对织机[7]张力数字控制系统P I D 参数的计算,确定优化P I D 控制器参数,控制系统性能的一些重要指标有了一定的改善,具体见表1.经过M atlab 仿真给出了某一时刻电机速度和经纱张力的响应曲线,如图2,3.从图中可以看出系统对电机速度和经纱张力均具有较好的响应.图2 速度响应曲线 图3 张力响应曲线4 结 论本文中采用遗传算法进行了P I D 控制器参数的优化设计,研究表明遗传算法是一种十分有效的优化方法.对比传统参数确定方法,遗传算法不仅能确定而且还可以优化P I D 控制器参数,同时因遗传算法具有不需要优化对象的数学模型连续和易于算法并行实现的优点,因而在解决复杂机电系统的设计和优化问题中具有较好的应用前景.参考文献:[1] 张丽萍,跃廷遗.遗传算法的现状及发展动向[J ].信息与控制,2001,30(6):5312536.[2] GOLDBER G D E .Genetic algo rithm s in search ,op ti m izati on and m ach ine learning [M ].N ew Yo rk :A ddison 2W esley ,1989.[3] 杨智,高靖.基于遗传算法的预测自整定P I D 控制器[J ].控制与决策,2001,15(1):1132115.[4] 陈祥光.遗传算法在P I D 控制器参数寻优中的应用研究[J ].计算机仿真,2001,18(2):30232.[5] 郭庆鼎,李蒙,郭成.P I D 控制器参数的遗传算法优化设计[J ].沈阳工业大学学报,2002,22(1):31233.[6] 孙增圻.智能控制理论与技术[M ].北京:清华大学出版社,1997.3452361.[7] 邓海龙,蔡永东.Som et T hem all Excel 型剑杆织机送经控制原理分析[J ].北京纺织,2000,21(6):48250.(下转第192页)951第2期 基于遗传算法P I D 控制器在张力控制中的应用291 西安工程科技学院学报 第18卷3 结束语这种服装样板设计专用放码推档工具,首先是纵横测量设计在同一个坐标内,确保了测量的精度;其次是利用平行四边形原理设计的伸缩性放码定位装置,可将一系列放码点一次性定出来.真正使测量与放码定位合二为一,提高样板推档设计工作效率和准确率.使用这种推档放码工具简化了烦琐而高要求的放码测量,从坐标内直接确定新放码点,随即一系列放码点可一次性定位,明显提高了样板设计工作效率和放码准确性;同时也有助于提高推档放码工作的规范化和标准化程度.与传统方法利用普通直尺、三角尺放码相比,操作程序得到简化,不需多次测量才能定位;测量精确率有保证,更有效在于本发明能使放码测量与定位合二为一,一次性就可将多个同一方向的放码点确定出来.因此,这种专用放码推档器应用于尚无装备服装CAD的中小企业及个体工商户服装加工中的样板设计,不失为一种理想的专业工具,具有较高的应用价值.参考文献:[1] 吴厚林.服装样板设计推档、放码器[P].中国专利,Z L02111932.5,200221228.A setti ng of grad i ng block pattern sW U H ou2lin(Y i w u Industrial&Comm ercial Co llege,Y i w u,Zhejiang322000,Ch ina)Abstract:A p rofessi onal setting of grading b lock p attern s,w h ich is m ade by the p rinci p le of grading b lock p attern s and operating reality,is expounded.T he setting can m easu re the grade po in t and define upon a series of the grade po in ts,w h ich has really com b inati on of m easu re and defin iti on.It is the p ractical o r i m m ediate sign ificance to raise the w o rk ing efficiency and accu racy of design ing gar m en t pattern s,and reduce the requ ire of grading sk ill,and b ring abou t a advance in no r m and standardizati on of b lock pattern s.Key words:the p rinci p le of grading b lock pattern;the setting of grading;sam p le of operating (上接第159页)P I D opti m ization based on genetic algor ithm for ten sion con trol systemZH A N G M in,ZH A O X iao2hu i,W A N G J in(D ep t.of M echanical,XAU EST,X i’an710048,Ch ina)Abstract:A s an in telligence algo rithm,the genetic algo rithm is u sed fo r ten si on2con tro l system op ti m izati on.A n in tegrated op ti m al index based on digital con tro l task s is estab lished,and then acco rding to the index the p rocedu re to i m p lem en t the op ti m izati on of the P I D design param eters by the genetic algo rithm is p ropo sed.A n op ti m izati on exam p le of ten si on2con tro l system by si m u lati on calcu lati on is given.T he resu lt show s that the genetic algo rithm is a pow erfu l m ethod and it can be u sed w idely,becau se it can degrade the li m itati on of the system m athem atics descri p ti on.Key words:genetic algo rithm;P I D con tro ller;ten si on2con tro l;in telligence algo rithm;si m u lati on。
电线加塑系统中基于DSP的恒张力控制
电线加塑系统中基于DSP的恒张力控制
江杰;王磊
【期刊名称】《仪表技术与传感器》
【年(卷),期】2008(000)010
【摘要】针对电线加塑生产过程中张力系统中存在的加塑不均匀、铜芯易被拉断或堆挤等问题,提出利用DSP对张力进行控制的方案.系统的硬件设计以
TMS320LF2407A DSP芯片为主控单元,并辅以相应外围设备;软件设计在DSP集成开发环境CCS 2.2下进行,在控制策略上采用增量式PID控制方法.实验结果表明:以DSP为主控单元的控制器在电线加塑系统中的应用能够成功地通过DSP自带的PWM输出达到恒张力控制的目的,取得了很好的控制效果.
【总页数】3页(P106-108)
【作者】江杰;王磊
【作者单位】内蒙古科技大学信息工程学院,内蒙古,包头,014010;内蒙古科技大学信息工程学院,内蒙古,包头,014010
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.电线加塑过程中恒张力控制的新系统 [J], 王磊;冯茜;王占林
2.套色印刷系统中基于DSP的恒张力控制的研究 [J], 邓忠华;刘建桥;叶小萌;鄢波涛
3.基于DSP的电线加塑恒张力模糊变结构控制系统的设计 [J], 王磊;冯茜;崔桂梅;江杰
4.基于DSP的整经机恒张力控制系统设计 [J], 高晓丁;左贺;辛文辉;高雷
5.浆染联合机系统中基于DSP的恒张力控制系统的研究 [J], 王一凡;邵卫东
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
pid在张力控制上的应用
PID在张力控制上的应用1. 应用背景张力控制是指在工程和制造过程中对材料的张力进行控制，以保证产品的质量和稳定性。
在许多领域中，如纺织、印刷、电子元件制造等，张力控制都是至关重要的环节。
PID控制器是一种常用的自动控制算法，广泛应用于工业过程中的控制系统中。
PID控制器通过不断调整输出信号来控制被控对象的状态，以使其达到期望的目标值。
2. 应用过程2.1 张力控制系统的基本原理张力控制系统由传感器、执行器和控制器组成。
传感器用于测量张力的实际值，执行器根据控制器的输出信号调整张力。
控制器根据测量到的实际张力值与设定值之间的差异来计算控制信号，并将其发送给执行器。
2.2 PID控制器的工作原理PID控制器是一种反馈控制系统，根据被控对象的实际状态与期望状态之间的差异进行调整。
PID控制器由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。
•比例（P）部分根据实际误差的大小决定控制器的输出幅度，其输出信号与误差成正比。
即控制器的输出信号为比例系数乘以误差值。
•积分（I）部分根据误差的积分值来调整控制器的输出。
它可以消除系统的稳态误差，使得实际值与期望值之间的差异趋向于零。
•微分（D）部分根据误差的变化率来调整控制器的输出。
它可以提前预测误差的变化趋势，并采取相应的控制措施，以减小系统的超调和震荡。
2.3 PID控制在张力控制中的应用在张力控制系统中，PID控制器可根据实际张力值与设定值之间的差异来调整输出信号，以控制执行器对张力的调整。
具体应用过程如下：1.传感器实时测量被控对象的张力值，并将其传输给PID控制器。
2.PID控制器根据测量到的实际张力值与设定值之间的差异，计算出控制信号，并将其发送给执行器。
3.执行器根据PID控制器的输出信号调整张力，使其趋近于设定值。
4.控制循环不断重复以上过程，实时调整控制信号，以使被控对象的张力保持在设定值附近。
3. 应用效果PID控制器在张力控制中具有以下优点：1.稳定性强：PID控制器能够根据实际张力值与设定值之间的差异来实时调整控制信号，使张力保持在设定值附近，提高了系统的稳定性。
细丝拉丝机张力控制系统设计与仿真
ｅ ｔｂ ｉｈ ｄ ｔ ｏ ｓ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ ｔ ｅ ｓ ｎ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ ｏ ｒ ｗｉ ｇ ｍａ ｈ ｎ ａ ｅ ｎ Ｐ Ｃ ｈ ｅ ｓｏ ｏ ｔ ｌｓ ｓ ｍ ｆｄ ａ ｎ ｓａ ｌ ｅ ．Ａ ｍｅｈ ｄ ｗａ ｒ ｓ ｎ ｅ ｏ ｔ ｎ ｉ ｏ ｔ ｙ ｔ ｍ ｆｄ ａ ｎ ｃ ｉ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏ Ｌ ．Ｔ ｅ ｔｎ ｉ ｎ ｃ ｎ ｒ ｙ ｔ ｏ ｒ ｗｉ ｇ ｓ ｏ ｏ ｏ ｅ
ｍａ ｈ ｎ ｓ ｅ ａｕ ｔｄ ａ ｄ ｔ ｓ ｄ ｏ ｈ ｔ ｂ Ｓ ｍｕ ｉ ｋ ｈ ｘ ｅ ｉ ｎａ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ｈ ｔ ｔ ｅ ｔ ｎ ｉｎ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ ｏ ｒ ｗｉ ｇ ｃ ｉ ｅ ｗａ ｖ ｌ ａ ｅ ｎ ｅ ｔ ｎ ｔ ｅ Ｍａ ｌ ｉ ｌ ．Ｔ ｅ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌ ｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｔａ ｈ ｅ ｓｏ ｏ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｆ ｄ ａ ｎ ｅ ａ ｎ ｓ ｍａ ｈ ｎ ａ ｃ ｉｖ ｏ ｄ ｅｆ ｃ． ｔ ａ ａ ｔｒ ｓ ｏ ｓ ， ｍａｌｏ ｅ ｓ ｏ ｔ ｈ ｇ ｃ ｕ ａ ｙ ａ ｄ ｓａ ｉ ｔ ． ｃ ｉ ｅ ｃ ｎ ａ ｈ ｅ ｅ ｇ ｏ ｆ ｔ Ｉ ｈ ｓｆ ｓ ｅ ｐ ｎ ｅ ｓ ｌ ｖ ｒｈ ｏ ， ｉ ｈ ａ ｃ ｒ ｃ ｎ ｔ ｂ ｌ ｙ ｅ ｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｗ ｎ ｉ ｇ ｔ ｎ ｉｎ ｏ ｈ ｒ ｒ ｗｉ ｇ ｍａ ｈ ｎ ｉ ａ ｉ ｏ ｔｎ ａ ｔ ｒ ｉ ｈ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｒ ｗ ｎ ． ｏｄ ｒ ｔ ｓ ｌｅ ｔ ｅ ｓｒ ｃ ： ｈ ｉ ｄ ｎ ｅ ｓｏ ｆ ｔｅ ｗｉ ｄ ａ ｎ ｃ ｉ ｅ ｓ ｎ ｍｐ ｒ ｔ ｆｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｒ ｃ ｓ ｆ ｄ ａ ｉ ｇ Ｉ ｒ ｅ ｏ ｏｖ ｈ ｅ ａ ｎ ｐ ｏ ｌ ｍｓ ｏ ｏ ｔ ｌ ｎ ｅ ｓｏ ｆ ｄ ａ ｉ ｇ ｍａ ｈ ｎ ， ｈ ｅ ｓｏ ｏ ｔ ｌ ｓ ｓｅ ｏ ｒｗｉ ｇ ｍａ ｈ ｎ ａ ｅ ｎ Ｐ Ｃ ａ ｄ Ｐ Ｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ｒ ｂ ｅ ｆ ｃ ｎｒ ｌ ｇ ｔ ｎ ｉｎ ｏ ｒ ｗ ｎ ｃ ｉ ｅ ｔ ｅ ｔ ｎ ｉ ｎ ｃ ｎ ｒ ｙ ｔ ｍ ｆ ｄ ａ ｎ ｃ ｉ ｅ ｂ ｓ ｄ ０ Ｌ ｎ Ｉ ｏ ｔ ｏｉ ｏ ｏ ａ ｇ ｒ ｈ ｓ ｉ ｖ ｓｉａ ｅ ．Ａｆ ｒｔ ｅ ａ ａｙ ｉ ｏ ｅ ｓｏ ａ ｓ ｓ ａ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ｔ ｅ ｒ ｌｔ ｎ ｈ ｐ ｂ ｔ ｅ ｈ ｎ ｉ ｇ ｓ ｅ ｄ ａ ｄ ｔ ｎ ｉｎ ｗ ｓ ｌ ｏ ｔ ｍｓｗａ ｎ ｅ ｔ ｔ ｄ ｉ ｇ ｔ ｈ ｎ ｌｓｓ ｆｔ ｎ ｉｎ ｃ ｕ ｅ ｎ ｏ ｔ ，ｈ ｅａ ｉ ｓ ｉ ｅｗｅ ｎ ｔ ｅ ｗｉ ｄ ｎ ｐ ｅ ｎ ｅ ｓｏ ａ ｅ ｏ ｏ
恒张力控制系统课程设计(附程序)
恒张力控制系统课程设计（附程序）单片机原理及应用课程设计项目名称: 恒张力控制系统姓名: 学院: 机电学院专业: 机械电子工程学号:目录摘要: .................................................................... ..................... 1 一(课程设计的要求、目的和意义 (2)1.1课程设计要求: (2)1.2课程设计的目的与意义: (2)二:总体方案的设计: (2)2.1外围系统设计: (2)2.2系统结构框图: (3)2.3工作原理介绍: ............................................................. 4 三:各单元硬件设计说明 (4)3.1单片机的选择: (4)3.2键盘与LED驱动芯片的选择: (6)3.3AD转换芯片的选择: (9)3.4DA转换芯片的选择: (10)3.5看门狗芯片的选择: (12)3.6注:..................................................................... ......... 14 四:软件设计与说明.. (14)五(程序 ..................................................................... .. (17)摘要:张力控制系统往往是张力传感器和张力控制器的一种系统集成，目前主要应用于冶金，造纸，薄膜，染整，织布，塑胶，线材等设备上，是一种实现恒张力或者锥度张力控制的自动控制系统，其作用主要是实现辊间的同步，收卷和放卷的均匀控制。
这种控制对机器的任何运行速度都必须保持有效，包括机器的加速、减速和匀速。
即使在紧急停车情况下，也应有能力保证被分切物不破损。
张力控制的稳定与否直接关系到分切产品的质量。
基于DSP的光纤拉丝机控制系统设计
基于DSP的光纤拉丝机控制系统设计
吴瀛;于殿泓;姜明
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2008(16)4
【摘要】为了提高光纤拉丝机的生产效率,提出一种基于DSP的光纤拉丝机控制方法;在分析了光纤拉丝机工作原理的基础上,将DSP的面向电机的高速控制能力应用于光纤拉丝机控制系统中;利用TMS320LF2407A芯片的A/D转换模块(ADC)作为系统输入接口,事件管理器模块的PWM波形输出来控制拉丝电机,激光测径仪为反馈元件,实现对光纤拉丝机的闭环控制;应用结果表明,该控制系统运行结果达到了控制要求,具有良好的实用性和推广价值.
【总页数】3页(P482-484)
【作者】吴瀛;于殿泓;姜明
【作者单位】西安理工大学,机械与精密仪器工程学院,陕西,西安,710048;西安理工大学,机械与精密仪器工程学院,陕西,西安,710048;西安理工大学,机械与精密仪器工程学院,陕西,西安,710048
【正文语种】中文
【中图分类】TP2
【相关文献】
1.基于西门子S7-200的立式拉丝机控制系统设计 [J], 袁有明;陈华鹏;冯殷
2.基于DSP的拉丝机恒张力控制PID调节器设计与实现 [J], 杨爱民;荆涛;范蟠果
3.用于制备微通道板的光纤拉丝机控制系统设计 [J], 钱鑫;钱芸生;张益军;陆书文;于岳辰;李杰
4.基于PLC的银导爆索自动拉丝机控制系统设计 [J], 凌松;赵海彬;张亮;冯宝林
5.基于模糊PID的直进式拉丝机控制系统设计 [J], 陈林
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
输人输出 均被转换为一０． ％一＋ ０． ％的数字 １ ０ ００ １ ０ ００
量。由于收线电机在不同转速时， 所对应的张力也不
同， 根据速度反馈计算出一个张力值为 Ｆ， ｔ 反馈张力
为 凡， 给定值为 Ｒ则偏差 Ｅ＝Ｒ一 Ｋ ｘ ＋ ｘ ， （ ， ， 凡 Ｆ 凡） ， 其中Ｋ， ， 凡为加权系数。速度反馈调节为粗调，
３ 软件设计
３１ 算法介绍 ． 为了减小运算过程中的累计误差和节省ＤＰ Ｓ 的内 存开销， 系统采用增量式 Ｐ Ｉ Ｄ控制算法。由于系统在 启动过程中输出会有较大的偏差， 此时在积分项的作 用下， 往往会产生较大的超调和长时间的波动， 所以， 我们引人了积分分离 Ｐ ｍ控制算法， 该算法在偏差 。 （） ｋ较大时， 取消积分作用， 。ｋ较小时才将积分 偏差 （）
换＜ － 时， 。幻！ ｐ 采用Ｐ ｍ控制，
Ａ Ｏ ＴＯ ＩＭ Ｕ Ｌ Ａ Ｉ Ｎ ｏ． ｏ８ ｇｓ ２０ ＵＴ ＭＡ Ｉ Ｎ ＭＥＶ ＴＯ Ｖ ｌ ６ ． ｕ ｕｔ ５ Ｔ ２ Ｎ Ａ ０
基于 Ｄ Ｐ的拉丝机恒张力控制 Ｐ 〕 Ｓ Ｄ 调节器设计与实现 杨爱民， 等
③ 死区环节
ＤＰ Ｓ 通过数据总线 巧一 Ｉ Ｄ６传送数据， Ｄ 向Ａ６ Ｄ ７ 并通过
控制 Ａ ６７ Ｄ６ 的引脚 Ｃ 来选通该芯片。 Ｓ ③ 测速单元 速度传感器使用光电编码盘， 其返回信号为两相
正交编码脉冲； 利用ＴＳ Ｏ ４ 自 Ｍ３ Ｆ ０ 带的ＱＰ 路可对 ２２ Ｅ电
基于 Ｌ７ 的拉丝机恒张力控制 Ｐ ） ：； ， Ｉ 调节器设计与实现 杨爱民． 等
基于 Ｄ Ｐ的拉丝机恒张力控制 ＰＤ调节器设计与实现 Ｓ Ｉ
Ｄ ｓ ｎ Ｉ ｌ ｎ ｔ ｎ Ｄ Ｐ ｓｄ Ｃ ｎｒｌｒ ｅｓ ｎ ｎｒ ｅｉ ａｄ ｅ ｔ ｉ ｏ Ｓ Ｂ ｅ ＰＤ ｔ ｌ ｉＴｎｉ Ｃ ｔ ｌ ｇ ｎ ｍｐ ｍｅ ａｏ ｆ ａ Ｉ ｏ ｏｅ ｎ ｏ ｏ ｏ ｏ Ｗｉ Ｄａ ｎ Ｍａｈ ｅ ｆ ｅ ｗｉ ｒ ｒ ｇ ｃｉ ｎ
完全能满足系统 ０ ｌ ｋｚ 一 ０ Ｈ 的测频要求。 ０ ④ 显示、 报警及按键输人 显示模块由六位七段 ＬＤ组成， Ｉ ７１ 芯片 Ｅ 由 Ｃ ２８ Ｍ 进行显示驱动。ＩＭ ２８ ８ Ｃ ７１ 为 位并行接 口芯片，Ｓ 通 ＤＰ
（ ｘ６０ Ｘ ０ ０
Ｎ ｘ Ｖ
过数据总线巧一 乌与其交换数据， 并通过Ｉ ７１的 Ｃ ２ Ｍ ８
间（Ｓ； Ｍ）Ｔ为微分时间（ｓ；（）ｅｋ １，（ 一 ） Ｄ ｍ）ｅｋ，（ 一 ）ｅｋ ２ 为 ｋ （一 ） 第 次、ｋ １次和（ 一 ） ｋ ２次采样时刻输人偏差 值；ｕｋ为第 ｋ Ｄ （） 次采样时刻增量输出值。
Ｍ Ｄ 引脚控制其工作方式。而系统的报警输出和按 ＯＥ 键输人则与 ＤＰ Ｓ 的普通 ｖ ０口相联， 考虑到驱动报警
式中： Ｘ为测得的脉冲频率（ ； ｆ）Ｎ为编码器线数（ 线／ 转）Ｖ ； 为最高转速（ ｍ ）Ｙ ｒ ｉ ； ／ ｎ 为转换为百分数后的转
速。
输出继电器的电流较大， ＮＮ 可用 Ｐ 型三极管９１驱动 ０３
Ｄ（） ［（） ｅ 一 ） ｋ １ ＋ ｕｋ ＝ ｅｋ 一 （ Ｋ ｐ ］
２Ｖ ； ０ ）内含输出运放， 只需外接反馈电阻即可， 最长转
ＫＴ［ 一 ） （ ） ｐＤ ｋ ２ ＋ｅｋ － ｅ （ ２（ ｅｋ一１］Ｔ ）／ （） １
脉冲进行判向（ 判别正反转） 和测频。由Ｔ 公司给出 Ｉ
该环节位于外部给定输人通道上， 用于抑制该通 道上的扰动。死区宽度也可由用户设置。 ④ 速度转换环节 该环节用于将测得的转速值转换为百分数， 转换 算法如下：
Ｙ＝
的 计算公式可算出２当ＤＰ 钟频率ｆ Ｍｚ ［， Ｓ的时 ］ ＝ Ｈ ２ Ｏ 时， Ｐ 路 论上可 得的 高 Ｑ 电 理 Ｅ 测 最 频率几 为４ Ｍ ｚ 班 ． Ｈ， ５
外部给
定输入
图 １ 系统控制原理 图
① 加减速环节
避免因给定量突变给系统带来的冲击， 其加减速
时间可由 用户设定。 加速时间 ｔ的意义为： 。 当该环节
输人由０００突变为 土１００％， ． （ ０１ 〕 ０． ０ 该环节输出经加速
时间的斜坡渐变为土０． ％， 减速时间 勺的意 １ ０ 反之， ００
《 自动化仪表） ６ 第２ 卷第８ ２０ 年８ 期 ０５ 月 义则为该环节输人由土１ ． ％突变为 ００％时， ００ ００ ． ０ 该 环节输出经减速时间的斜坡渐变为００％ ． ０ ② 限幅报警环节 当输人超过该环节的输人上、 下限时， 输出被限制 在该环节的上、 下限， 并且进行报警。该环节的输人 上、 下限可设置。
行片选， 并通过数据总线 Ｄ一 从ＡＳ ４ ｏＤ Ｄ７ 读取转换 ７
结果。
② Ｄ Ａ转换单元 ／ ＤＡ ／ 转换芯片采用 Ａ Ｄ公司生产的 Ａ ６７ 为 １ Ｄ６， ２ 位单路 Ｄ Ａ ／ 转换器， 有两种输出量程可供选择（ ｖ和 ｌ ｏ
作用投人， 为积分分离闭 则有： 设ａ 值， ① 当Ｉ ｋＩ ｐ 采用Ｐ 控制， ）＞ 时， ｅ （ Ｄ
继电器。
２ 硬件设计
系统采用 Ｉ Ｔ公司的高性能 ＤＰ Ｓ２Ｆ４ 作为 Ｓ Ｔ ３Ｏ２０ Ｍ 控制器， 能满足拉丝机张力调节过程对实时性和高速 性的要求。系统硬件结构如图２ 所示。
为了提高调节器的控制精度， 我们采用的抗干扰 措施主要有： ① ＡＤ ／ 输人和脉冲编码信号均用高速光祸进行 隔离。 ② 采用 Ｍ ＸＭ公司生产的微处理器监控芯片 Ａ Ｉ Ｍ Ｘ０ 为 ＤＰ Ａ ７６ Ｓ 提供可靠的复位信号， 并监视 ＤＰ Ｓ供
Ｄ（） Ｋ ｅ ） ｅｋ １ ［ ｋ 一 （ 一 ）＋ ｕｋ ＝ ｐ （ ］
ＫＴ ｋ／， ｐ ｘ ｐ （）Ｔ＋ＫＴ ， Ｄ ［（ 一 ） （ ） ２（ 一１ ／ ２ ］Ｔ ） ｅｋ ２ ＋ｅｋ 一 ｅｋ ） （
式中： 凡为比 增 Ｔ 采 周 ｉ）Ｔ 积 时 例 益；为 样 期（ ； 分 ｍ ， 为
Ｐ１ １ ）
ＤＰ ｉ ｄ ｗ ｇ ｉ ｅ ｐｎ ｄ ｉｌ ｍｔｄ Ｓ Ｗｒ ｉ ｍｃｎ Ｅ ａ ｅ ｃｔ ｒｉ ｅｏ ｅｒｎ ａ ａ ｘ ｄ ｒｃ ａ ｏ ｈ ｉａ ｔ
０ 引言
在拉丝机收线过程中， 保持钢丝所受张力恒定是 保证成品钢丝质量的一个重要条件。如果张力过大， 则拉丝机成品卷筒与收线机间钢丝质量会因受力过大 而受到影响， 甚至被拉断。反之， 若张力过小， 则又会 在成品卷筒和收线机间形成松线 、 乱线等现象， 严重影 响了生产的正常进行。为避免上述问题的发生， 需要 在收线过程中能调节钢丝张力并使之在一定范围内保 持稳定。为此， 我们设计了一种采用闭环控制结构的 Ｐ 调节器， Ｉ Ｄ 其控制参数可由用户输人， 调节器输出直 接控制拖动收线机的变频器， 从而达到控制收线机钢 丝张力的目的。
杨爱 民 Ａ
满
范咯 果
（ 西北工业大学自 动化学院， 西安 ７０７） １ ２ ０ 摘 要 文章介绍了一种用于拉丝机恒张力控制的Ｐ） Ｈ 控制器的控制原理， 以定点数字信号处理器Ｍ Ｓ２Ｆ２ 为核心的数字控制系 Ｗ３Ｏ４。 统的硬件构成及各个硬件单元的工作原理， 并对所采用的控制算法和软件流程进行了 详细说明。 最后， 文章给出了一种简易Ｐ 控制 Ｉ Ｄ 参数的整定法。实验结果表明， 经该方法整定出的参数使该控制器获得了良 好的控制效果。 关键词 Ｐ Ｉ Ｄ控制 ＤＰ 拉丝机 扩充临界比例度法 Ｓ Ａ ｓａ Ｔｅ ｔｌ ｇ ｃ ｌｏＰ ｃ ｔｌｒ ｉｃ ｓｎｔｓｎ ｔｌ ｄ ｗ ｇ ｈ ｅ ｒｅｅ． ｈ ｄａ ｏｔ ｄ ｉｌ ｂ ｒ ｔ ｃ ｒｌ ｐｎｉｅ Ｉ ｏ ｒ ｅｕ ｄ ｏ ｔｔ ｉ ｃ ｒ ｏ。 ｒ ｉ ｍｃｉ ｉｐ ｓ ｔ Ｔｅ ｗｒ ｆ ｉｔ ｔ ｃ ｈ ｏ ｏｉ ｒ ｐ ｆ ｎ ｎ ｎ ｉ Ｄ ｏ ｓ ｎ ａ ｅ ｏ ｏ ｏ ｆ ｅ ｎ ｎ ｎ ａ ｎ ａ ｎ ｓ ｎｄ ｈ ａ ｅ ｈ ｇａ ｅ ｒ ｅ ｃ ｔｌｒ ｅ ｂｓ ｏ ａ ｄ ｏｔ ａｓｎ ｐ ｃ ｓ Ｔ Ｓ２Ｆ ０ ｈ ， ，ｓ ａｔ ｏｅｔｎｌ ｃ ｌｏｅ ｈ ｗｒｕｉ ， ｏｒｌ ｓｔ ａ ｄ ｆｅ ｐｎｄ ｉｌ ａ ｒｅ ｏ Ｍ ３Ｏ２ ａｔ ｎ ｅ ｙ ｍ ｅ ｎ － ｉ ｉｔ ｉ ｌ ｓｒ ｏ ｓ ｘ ｉ ｇ ｇ ｏ ４ ｓ ｅ ａｗｌ ｈ ｐ ａｏ ｐｎｉｅ ａ ｈｄａ ｔ ｅ ｓ ｒｉａ ｒ ｐ ｆ ａ ｅ ｎｓ ｅ ｉ ｃ ｒ ｄ ｃｂｄ玩ａ ｉ ｎ ａ ｔ ｃ ｔｌ ｒ ｍ ａｄ ｗｒｆｗｈｒ ， ｅ ｏｎｅ ｉｄｔｌ ｈ ｓ ｐ ｔ ｉ ｍｔ ｄ Ｉ ｃ ｔｌ ｍｔｓ ｅ ｒｅ． ｄ ｔ ， ｏ ｒ ａｏｔ ｓ ｓｔ ｅ ｃ ｔ ｓｉ ｄｉ ｌｈ ｎ ｌ ｉ ｏ ｅ ｏ ｇ ｈ ｎ ｏ ａ ｌ ａｓ ｘ ｕｄｄ ｅ ｉＴｅ ｌ ｕ ｎ ｅｏ ｏＰ ｏ ｒ ｐｒ ｅｒｉ ｆ ｏ ｐ ｎ ａ ． ｉ ｅ ｇ ｈ ｆ ｎ ａ ｅ ｓ ｍ ｎ Ｄ ｏ ａ ｐ ｉ ａｅ ｔ ｈ ｘ ｓ ｏ ａ ｃ ｏ ｏ ｆ ｔ ｂ ｅ ｉ ｈ ｎ ｇ ｅ ｏ ｉ ｅ ｎ ａ ｔ ｅ ａ ｎｂ ｉ ｅｏ ｇ ｅ ｆａｙＴ ｅｅ ｅｍ ｎ ｌ ｌｓ ｗ ｔ ｔ ｌｎｃ ｔｌ ｃｉｏｔｎ ｗｈ ｔ ｉ ｐｒ ｅｒｃ ｔ ｕ ｄ ｔｓ ｈｄ ｉ ｎ ｌ ．ｈ ｘ ｒ ｅｔ ｒｕ ｌ ｓ ｅ ｅｅｔ ｒ ｅｅ ｓ ｉｄ ｔ ｕ ｎ ａ ｍｔｓ ｒ ｔ 场 ｈ ｍ ｔ ． ｖ ｉ ｎ
张力反馈调节为细调， 以此保证控制精度。系统的控 制原理如图 １ 所示。
１ 控制原理
考虑到收线机实际运行上的原因， 除了张力控制
环外， 系统还需外加转速控制环， 这是因为［： ’①无张 」
力时应使设备稳定运行。例如在空载调试和启动瞬间 等张力控制环尚未建立的情况下。②在钢丝断线时， 电动机负载转矩消失， 电动机可能超速的情况下， 系统 也能正常运行。 系统的给定值由两路组成， 一路为本机给定值， 由 本机面板设定， 范围从 一１ ． ％ 一＋１ ． ％； ００ ００ ０ ０ 另一 ００ 路由外部给定输人提供， 范围从 一 ｏ ｌ ｖ一十 ｏ 。这两 ｌ ｖ 路均表示张力给定值， 但只有其中的一路有效， 由转换