滑模变结构在收卷张力控制系统中的应用与仿真

为精确研究卷筒纸印刷机的收卷张力特性及控制策略,通过对无轴传动多机组印刷机实验平台收卷运动的分析,建立了一个较精确的收卷张力动力学模型。利用MATLAB构造了一个以交流永磁同步电机为执行机构的张力控制仿真系统,根据其非线性,设计了滑模变结构控制器,并与传统的PID控制进行了实验比较,结果表明滑模控制改进了张力控制系统的动静态特性。仿真模型综合考虑了多个张力扰动因素,更加接近实际印刷机系统,为将先进的控制理论引入印刷机收卷张力系统,搭建了一个更精确、便捷的仿真平台。     

卷筒料印刷装备收卷张力系统解耦控制研究

目的 为了保证卷筒料印刷装备收卷张力系统的性能,提出一种适用于收卷张力系统的自抗扰（ADRC）解耦控制器。方法 在收卷张力系统数学模型基础上,结合卷筒料收卷系统的工作原理,基于ADRC控制技术设计收卷张力系统的ADRC解耦控制器,并利用Simulink软件对所提出的控制策略进行仿真研究。结果 在相同的阶跃输入下,研究结果表明,PID控制器调整时间为2.4 s,而ADRC解耦控制器调整时间为0.7 s;在PID控制下,收卷基材张力出现超调和震荡,而在ADRC解耦控制下,基材张力无超调和震荡现象;采用PID控制器,收卷牵引跨度张力变化引起收卷跨度张力波动,而采用ADRC控制器则没有波动。结论 提出的卷筒料印刷装备收卷张力系统ADRC解耦控制器实现了高精度张力控制,具有比传统PID控制器更好的控制性能。     

基于改进模糊控制的印刷机卷纸张力均衡器设计

目的为了提高印刷机收卷系统张力平衡控制性能,结合模糊控制和PID控制设计一种卷纸张力均衡器。方法以无轴传动多机组卷纸印刷机为例,介绍其工作原理并建立收卷张力数学模型。在模糊控制的基础上,加入调整因子,用于实时调节PID控制器的关键参数比例、积分、微分系数。基于ARM控制器STM32F103RC搭建收卷张力控制系统。通过仿真和实验验证所述方法的可行性和有效性。结果实验结果表明,采用改进模糊控制器后,其线速度和张力曲线平滑、收敛速度较快、超调量较小。结论所述控制方法能够有效抑制非线性因素导致的抖振等问题,可满足印刷工艺要求。     

基于模型自抗扰控制器在无主轴凹版印刷机控制中的应用分析

在印刷机的纠偏控制中,多以调节PID控制器的参数为研究方向,使印刷机的性能良好。自抗扰控制器的特性是控制对象的模型未知时,仍能够实现较为精确的扰动补偿。本文从印机物理结构以及印刷工艺出发,给出了部分推导无主轴凹版印刷机模型步骤以及完整思路。然后通过仿真得到基于模型的自抗扰控制器（即使模型粗燥）比普通的PID控制器,以及普通自抗扰控制器有更好的性能。     

多轴速度同步偏差耦合控制

目的 解决传统印刷机、包装机各轴机械连接方式下,多电机同步控制存在的机械磨损严重、同步控制精度低等问题。方法 基于偏差耦合控制系统结构,将PID与神经网络控制相结合,提出一种径向基神经网络PID的多电机速度同步控制策略。结果 通过仿真可知,该算法相较于传统PID控制超调量更小,系统能够以较快的速度实现同步跟踪,速度同步精度明显高于PID控制。结论 该控制算法能够大大提升印刷机多轴同步控制的动态性能,可以有效提高印刷质量。     

凹印机PID算法实现

目的论述基于PLC工业控制器的多闭环回路的PID算法实现,改进印刷机上的PID控制过程。方法针对陕西北人机组式凹版印刷机的张力控制系统,采用PLC编程实现速度和张力调节器的算法;在经典PID和数字PID算法基础上,采用试凑法对PID控制器进行参数整定,并在凹版印刷机上进行验证实验。结果速度环实验表明:在500 r/min的情况下,电机很快达到设定值,当外部扰动出现时,大约经过6 s电机重新进入稳定状态;张力环实验表明:当卷径为92~800 mm时,所整定的PID参数能够满足4个阶段收卷的不同任务要求,正常运行时系统运行速度为100~200 m/min,且系统出现外部干扰时能够很快调节摆辊位置,使其恢复到垂直位置。结论多级PID控制方式和参数整定能满足当前国产凹印机的收卷需求,但当卷径不断变化超出800 mm时,或者印刷速度大于200 m/min时,整定好的PID参数会使系统性能变坏,仍不能满足高效高速凹印机的生产任务要求,需不断改进张力控制方案。     

基于分数阶PID的纸张定量双自由度Smith预估控制

目的研究纸张定量控制回路中的大时滞控制策略,减小纸张定量偏差。方法在传统Smith预估器的基础上,结合分数阶PID算法,设计由常规PID控制器和分数阶PID控制器组成的双自由度Smith预估控制系统,完成设定值跟踪和负载扰动的独立控制。设定值跟踪采用传统Smith预估控制器,负载扰动采用具有抗干扰和强鲁棒性的分数阶PID控制器。将控制算法应用到纸张定量中,并与传统控制算法相比较。结果相对于传统Smith控制,基于分数阶PID的双自由度Smith预估控制的设定值跟踪及抗扰性能更优,在纸张定量控制过程中,将定量偏差减少到±1.6 g/m~2。结论基于分数阶PID的双自由度Smith预估器可有效控制时滞,模型失配时具有较好的鲁棒性,可有效提高定量回路的控制精度。     

基于解耦滑模控制的桥式吊车系统的抗摆控制

针对欠驱动桥式吊车系统的抗摆控制问题,提出一种新型的解耦滑模控制算法。相比于传统解耦滑模控制算法,该控制算法采用可导的中间变量来定义系统的第二层滑动面,并利用等效控制关联增益法来调整解耦滑模控制器的切换增益;不但解决解耦滑模控制器等效控制的求取问题,而且能够有效降低解耦滑模控制器的抖振幅度。应用Lyapunov方法和Barbalat引理证明系统各层滑动面的渐近稳定性,并通过数值仿真实验验证所提出的控制算法的有效性。与已有控制算法的对比结果表明,该控制算法具有较好的控制性能和抖振抑制特性。     

基于自抗扰控制的放卷系统张力控制器设计

目的在印刷机放卷系统中,利用自抗扰控制(ADRC)技术,提出一种张力控制的新方法。方法根据放卷系统的工作机理,首先建立放卷张力系统的非线性数学模型,推导了系统阶数和输入系数。然后针对所建立的放卷张力系统数学模型,利用ADRC技术设计放卷系统的张力观测器和张力控制器。最后通过仿真和实验验证所设计的张力控制器的内部鲁棒性和抗干扰性能。结果在ADRC控制下,张力T2不受辊筒1半径R1和辊筒2角速度ω2变化的影响,能够快速无超调地达到稳定值60 N;随着R1的减小和ω2的增大,ADRC控制下产生的误差无论从数值上还是持续时间上都比PID控制下产生的误差小得多。结论仿真和实验的结果表明,所设计的ADRC控制器较传统PID控制器具有更好的鲁棒性和抗干扰性。     

空调房间温度模糊分数阶PID控制器的设计

针对具有大时滞、大惯性和时变等动态特性的空调房间对象,综合模糊控制与分数阶PID控制理论,提出了模糊分数阶PID室温控制器的设计方法.首先,对于空调房间温度对象,进行数学建模.然后,运用模糊控制规则,获取相应的分数阶PID室温控制器的控制参数,从而构建出空调房间温度的模糊分数阶PID控制系统.并且,通过数值仿真对其进行验证.结果表明,该模糊分数阶PID室温控制器是可行的,与分数阶PID控制器相比,具有更好的控制性能.     

分数阶具有不确定项和外扰的超混沌金融系统的滑模同步

本文利用滑模控制与比例积分滑模控制技巧研究了分数阶具有不确定项和外扰的一类超混沌金融系统的同步问题,运用分数阶微积分设计出滑模函数,通过设计适应规则构造出适应控制器,得到了分数阶不确定超混沌金融系统取得滑模同步和积分滑模同步的两个充分性条件．Matlab 数值仿真验证了理论结果．文中滑模函数的设计、控制器的构造及适应规则的选取对研究整数阶超混沌金融系统的滑模同步具有可移植性,所使用的方法为研究分数阶混沌系统提供了思路,同时分数阶系统的相关结果可以移植到整数阶系统的同步问题．     

基于新型趋近律的永磁同步电机动态性能优化

目的 提高永磁同步电机作业时的响应精度和速度,优化其动态反馈性能,解决传统滑模控制中趋近时间与系统抖振相矛盾的问题。方法 采用三闭环控制结构,位置环与电流环采用模糊PID控制方法,速度环采用基于新型趋近律的改进滑模控制方法,添加扰动观测器并给予系统扰动补偿。结果 仿真与在环硬件测试结果表明,文中提出的控制方法与传统三闭环滑模控制相比,相同时间内电机转子位置响应速度提前了0.123 s且无超调,同时明显降低了电磁转矩波动幅度。结论 文中设计的新型趋近律有效改善了传统滑模控制存在的问题,建立的控制系统有效提高了永磁同步电机的响应精度和速度,削弱了永磁同步电机作业时的抖振程度,具有良好的鲁棒性。     

印刷纸带纠偏装置研究与系统开发

目的为了保证印刷品的套印精度及整个印刷过程的顺利进行,对卷筒纸印刷机印刷过程中的纸带跑偏问题进行研究。方法通过对纸带传输系统的运动学模型进行分析,提出一种基于超声波传感器的印刷纸带纠偏控制方法,并依据该方法开发出一种印刷纸带纠偏装置。该装置采用STC12C5A60S2芯片作为控制核心,以超声波传感器作为检测装置,利用步进电机、滚珠丝杠实现纠偏过程,并结合硬件设计进行系统软件的开发。结果针对不同类型印刷带材、不同印刷速度下的纠偏效果进行了检验,纠偏后套印误差均小于0.2 mm,并通过实验证明了装置的有效性。结论该装置适用于各种印刷材料的检测,不受环境因素干扰,同时具有响应速度快、纠偏精度高的特点,对于提升印品质量具有十分重要的意义。     

纸纱复合制袋印刷一体机张力控制器设计

目的研究纸纱复合制袋印刷一体机纸张张力控制器。方法针对纸纱复合制袋印刷一体机的张力控制问题,结合模糊自适应PID与粒子群算法,设计基于余弦自适应调整惯性权重的粒子群优化算法的模糊自适应PID张力控制器。利用余弦自适应调整惯性权重的粒子群优化算法,搜索出一组最优的PID参数,来提高张力的控制精度。结果仿真结果表明,该张力控制方法的响应时间为0.25 s,最大超调量为2%,小于其他方法的响应时间和最大超调量。结论设计的控制器与传统的PID控制和模糊自适应PID控制相比,具有响应速度快、控制输出稳定、调节时间短等优点。     

基于改进FNN-CCC的双伺服压力机同步控制策略研究

目的 改善双伺服压力机同步控制策略的动态响应性能和鲁棒性,提升双伺服压力机的单轴跟踪精度和双轴同步精度,实现成形过程的高精度位置控制。方法 建立双伺服压力机驱动系统数学模型,分析系统同步误差来源,结合模糊神经网络单轴控制算法,引入迭代学习律,设计一种改进模糊神经网络-交叉耦合(FNN-CCC)同步控制器。基于系统控制模型进行单轴阶跃响应特性与双轴正弦跟随特性仿真,搭建嵌入式双伺服压力机驱动系统试验平台,在偏载干扰条件下进行双轴同步控制试验,验证所提出理论的有效性。结果 仿真结果表明,与模糊控制算法和BP神经网络控制算法相比,该控制器单轴控制算法的超调量分别减少了11.5%和25.5%,调节时间分别减少了48.8%和34.4%,具有更好的动态响应性能。与原控制器相比,改进后的交叉耦合同步控制器最大双轴同步误差降低了65.7%,同步控制精度有所提高。试验结果表明,与传统PID-交叉耦合控制器相比,改进的FNN-CCC控制器有更好的控制性能,在热冲压合模成形阶段,单轴跟踪误差分别减小了81.8%和75.0%,双轴同步误差减小了69.2%。结论 所提出的同步控制策略在偏载干扰条件下具有较好的动态响应性能和鲁棒性,能够使同步误差快速收敛,提高了双伺服压力机驱动系统的单轴跟踪精度和双轴同步控制精度,实现了对双伺服压力机的高精度控制。     

基于Workbench的粘箱机推动臂强度分析与优化设计

目的 为提高肥料包装计量精度,设计一种肥料包装机控制系统。方法 建立肥料动态称量系统数学模型。结合模糊控制和内模控制理论的先进控制算法,设计肥料包装计量精度控制系统。采用内模控制使PID控制器参数简化,同时模糊控制的引入实现了控制参数的在线调整。利用肥料质量偏差及其变化率,基于Mamdan二维模糊控制器实现内膜控制参数λ的自动调整。结果 实验结果表明,在模糊内模PID控制下,质量最大相对误差为1%;质量绝对误差的平均值为0.2 kg;控制算法超调量较小、具有很好的动静态性能;系统称量误差大幅度减小。结论 所述控制方法和系统可以提高称量包装设备的效率和精度。     

基于模糊设定值加权IMC-PID算法的纸张定量控制

目的 造纸机定量控制系统存在时滞性大、非线性和干扰多等困难,传统的PID控制动静态性能差,已无法满足越来越高的生产需求,为了减小纸张定量的偏差拟研究新的控制策略。方法 在传统内模控制和内模PID（IMC-PID）控制的基础上,结合模糊算法,设计模糊设定值加权IMC-PID算法控制系统。该控制算法通过在线整定内模PID控制器比例作用部分的设定值加权系数,改善控制系统性能指标,并将该控制算法应用到纸张定量中,与传统控制算法进行对比。结果 传统PID控制与内模PID控制相比较,基于模糊设定值加权IMC-PID算法具有良好的跟踪性和抗干扰能力等。结论 基于模糊设定值加权IMC-PID算法可有效控制造纸机定量控制系统,能够明显提高系统的控制精度等性能指标。