智能控制在复卷机控制系统中的应用分析

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1、长春]二业大学硕士学位论文入改革开放后，中国卷烟全行业进行了技术改造，引进了多国多种牌号的高速卷烟机，满足了国内卷烟市场对盘纸数量的要求。近几年，国产盘纸在质量上也在不断提高“⋯。本文研究的主要问题是复卷机卷绕盘纸过程中张力的控制问题。在复卷机控制系统中，盘纸张力控制对成品纸卷形态的影响至关重要。在整个复卷过程中，盘纸所受的张力时刻都在变化着，盘纸运行速度的变化。卷径的变化，机械传动系统转动惯量的变化和机械损耗的变化均构成对张力的扰动。这些因素存在着非线性和时变性，无论用经典的PID控制、扰动补

2、偿控制，还是一般的现代控制理论，很难获得满意的控制效果，而模糊控制的最大优点是可以不依赖于被控对象的精确的数学模型，能够克服非线性因素的影响，对调节对象的参数变化具有较强的鲁棒性，具有比传统控制系统更优良的特性。1．2控制方式张力控制在国内外的应用主要集中于纺织机械、印刷机械、轧钢机械、拉丝机和精密缠绕机械等工业设备的生产过程中，控制方式多种多样，可选的执行机构种类繁多，可采用的控制方式也比较广泛。1．气动式自动控制图l—l所示是一种卷筒随动式张力控制装置。该装置能够用连接到控制阀的随动臂来调节

3、。控制阀依照退卷半径大小，调节进入制动器的压缩空气的压力。图i--1一种气动式张力控制装置2．液压传动控制⋯1液压控制技术已经相当成熟，并广泛应用于工程实际中。液压传动又分为电液伺服控制和电液比例控制，比较而言电液比例控制的动力传递方便，输出功率大，控制精度高和响应特性好。目前，国内外均将液压控制技术应用于各类卷绕机构上，尤其是在轧钢等大功率生产线中占有重要地位，取得了良好的控制效果。在这一领域电液比例控制和电液伺服控制相结合，获得了广泛应用。2长春工业大学硕士学位论文3．电气自动控制电气自动控

4、制是目前应用较为普通的一种。其控制系统的方框图如图1—2所示。长期以来，直流电动机在卷绕机构传动控制中占据相当重要的地位，张力控制和速度调节主要通过直流电机的传动“2．”3来实现，多采用P州控制⋯-2“，在传动控制方面有一定的优越性。为保证产品的加工质量．一般要求在卷绕过程中张力和速度均恒定，但根据工艺要求可以进行调节。在线速度恒定时，主动轴(即卷取轴)转速与卷径成反比，因此调节主动轴的直流电机就可以实现加工物的速度控制；加工物的张力控制通过调节从动轴所连接的直流电机，产生一个与加工物传送方向相

5、反的制动力矩。该电机是由加工物拖着转的，工作在发电制动状态，张力与从动轴(即退卷轴)成双曲线关系，故其受加工物速度和卷径的干扰。加工物线速度控制只要利用一卷径检测装置㈨构成速度闭环控制系统，调节励磁电流即可实现速度控制。目前，随着交流变频技术“”2”∞发展，交流电机开始越来越多的用于张力控制系统中。图l—z电气控制系统方框图4．磁粉制动器(或离合器)的传动控制。”⋯磁粉制动器(或离合器)用作卷绕机构的传动控制，是一种较新的控制方式，通常用于退卷轴上。它是由主动部分和从动部分组成，在中间填入很微细

6、的铁磁粉末来作为力的传递媒介。当激磁线圈不导电时，从动部分不会随主动部分运动。而当激磁线圈通过一定的电流后，将磁粉磁化，在连续的滑动中将输出力矩耦合到从动部分。用户只需调节激磁电流就可以方便的改变输出力矩。磁粉制动器(或离合器)的原理是将主动部分固定，这样相对从动部分就会由一个阻力矩出现。磁粉制动器(或离合器)所能传递的力矩大小，随激磁电流增大而增大。本论文是采用磁粉制动器控制退卷机构，关于磁粉制动器的特性及详细资料请参考后续章节。磁粉制动器主要有以下几个优点：在5％一100％的额定转矩内，激磁

7、电流与转矩成线性关系，因此可以实现力矩的精密微调；在激磁电流不变时，转矩不受滑差速度的影响；激磁电流断开时剩余转矩非常小，不会有明显的延迟回转现象。正因为磁粉制动器的上述优点，使之成为张力控制系统中执行部分的首选元件。长春工业大学硕士学位论文1．3控制策略PID控制是一种早期的、较基础的控制方法。常规PID控制器因具有原理简单、鲁棒性强、动态和静态特性优良的特点，在工业控制中占有主要位置，但常规PID控制器对系统模型的精确性依赖较强，对于非线性、时变性且受随机干扰的系统，一般难以获得较好的控制性

8、能。模糊控制方法是上个世纪后期出现的一种新型自动控制方法，它无需建立精确的数学模型，只需确立一个“模糊模型”就能达到良好的控制效，果。模糊控制方法”“1尤其适用于参数具有时变性、系统结构具有严重菲线性和不确定性的复杂系统，此方法较传统PID控制不仅反应速度快，而且抗干扰能力强。始于本世纪四十年代的神经网络⋯与模糊控制同属于智能控制，这种控制方法也无须精确的数学模型，适用于具有时变性的复杂系统，’且无须先验知识。鲁棒控制方法是针对当数学模型存在不确定性和理想的性能要求(包括外部干扰和未建模动态)时