带材卷绕张力控制系统设计

带材卷绕张力控制系统设计

摘要

张力控制系统是以卷材为材料的生产机械上最重要的控制系统，不论产品是纸张、塑料薄膜、纺织品、橡胶片或薄钢板卷材，都是在一定的张力控制下被输送到设备，且在一定的张力下被卷取。

在以数字PID为核心的张力控制系统中，在矩阵键盘以及液晶显示器的帮助下，输入需要的数据后。张力传感器检测电路得到模拟电压信号，该信号经过放大、滤波、电压跟随后送入10位A/D转换器进行模数转换，得到数字信号，该数字信号送入AVR单片机进行PID等算法运算后，再经过12位D/A转换后得到模拟信号，该信号用于控制电机。

同时，还设计了一个以模拟PID为核心的张力控制系统。通过给定张力与反馈张力之差，经过模拟PID调节器后输出给变频器。变频器根据控制精度的要求，工作在闭环速度控制。这种模式采用过程PID，直接进行张力控制，原理简单、调试方便。还用Multisim 9仿真了模拟PID。

关键词：张力传感器检测，PID，AVR单片机

注：本设计题目来源于教师的企业科研项目，项目编号为：

Abstract

Tension control system is the most important control system, which is based on membrane materials. Whether the product is paper, plastic film, textiles, rubber sheets or thin steel sheet, they all are transferred to the device, and is under a certain tension take-up.

With the help of matrix keyboard and LCD display we can input required data. So the tension sensor detection circuit can receive an analog voltage signal. The signal after amplification, filtering, voltage follower, which come into 10-bit A/D converter for analog-digital conversion. It may get digital signal. The digital signal come into MCU, which may operate by PID algorithm or more. The result through the 12-bit D/A conversion turn into analog signal. The analog signal is used to control the motor.

At the same time, I also designed a tension system at the core of the PID control. Through setting tension and feedback tension,which come into analog-PID regulator.The analog-PID regulator output to the inverter. The Inverter under control accuracy requirements is working in closed loop speed control. This model uses the process PID. The direct tension control is simple and convenient debugging. It simulate the tension control system with the help of Multisim 9.

Key words：Tension sensor detection, PID operation, AVR MCU

目录

1绪论 (1)

1.1 张力控制系统概述 (1)

1.2 张力控制系统的国内外发展现状及应用 (1)

1.3课题的目的和意义 (2)

1.4本课题的主要工作 (3)

2张力控制系统总体方案设计 (4)

2.1张力分析 (4)

2.2张力控制系统原理 (5)

2.3张力控制系统控制方式选择 (6)

2.4张力控制系统控制器方案选择 (6)

2.5张力控制系统需求分析 (7)

3张力控制系统硬件设计 (9)

3.1硬件设计需求分析 (9)

3.2数字PID为核心的硬件设计 (11)

3.2.1电源电路硬件设计 (11)

3.2.2张力传感器检测硬件设计 (12)

3.2.3信号处理硬件电路设计 (13)

3.2.4A/D转换硬件电路设计 (15)

3.2.5单片机系统硬件电路设计 (16)

3.2.6D/A转换电路硬件设计 (19)

3.2.7键盘输入硬件电路设计 (21)

3.2.8显示电路硬件设计 (22)

3.3模拟PID为核心的硬件设计 (23)

3.3.1模拟PID调节器硬件设计 (23)

3.3.2模拟PID系统仿真 (30)

3.3.3变频器 (31)

4张力控制系统软件设计 (33)

4.1主程序及初始化子程序 (33)

4.1.1主程序 (33)

4.1.2初始化子程序 (33)

4.2 PID算法程序 (34)

4.3采样程序 (36)

4.4数模输出程序 (38)

4.5矩阵键盘子程序 (40)

4.6显示子程序 (40)

结论 (42)

参考文献 (43)

致谢 (44)

附录A (44)

附录B (46)