零速自动接纸机张力控制系统建模与控制策略研究

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零速自动接纸机是一种顺应现代印刷涂布要求的先进配套辅机,它最大的特点是能够在新旧料卷更换的过程中维持后端印刷涂布设备处于正常生产速度下不停机运转。恒张力张力控制技术是其关键技术之一,因为过大的张力波动会造成料带断裂或松弛,也会给系统的纠偏控制带来很大困难。零速自动接纸机张力控制系统是本身一个非线性、强耦合的复杂机电控制系统,加上放卷过程中卷径时变,以及储纸过程中料带长度时变和多工况反复切换等因素,使得料带恒张力控制变得非常复杂。  本文主要对零速自动接纸机的张力控制问题进行了深入研究。首先建立了零速自动接纸机的非线性数学模型,并推导出了平均张力模型,分析了系统摄动参数对末端料带张力的影响;然后针对储纸过程中料带长度时变和多工况反复切换的问题,分别设计了基于料带长度切换的多模PI控制器和基于工况切换的多模PI控制器;其次考虑到零速自动接纸机张力控制系统的难以建立系统精确模型和张力受到多种干扰因素影响等特点,结合自抗扰控制技术不依赖精确模型和强鲁棒性等优点,设计了线性自抗扰控制器,并在充分利用已知模型信息的基础上,提出了加入模型已知信息的线性自抗扰控制器;最后基于MATLAB/SIMULINK进行了零速自动接纸机张力控制系统仿真研究。  仿真结果表明,两种多模 PI控制器均能获得比常规 PID控制器更好的控制效果,但存在鲁棒性差和参数整定困难等缺点,然而相对而言,线性自抗扰控制器作用下张力的波动幅值最小,同时对系统摄动参数具有较强的鲁棒性和很好的抗干扰能力。另外,加入已知模型信息的线性自抗扰控制器的控制性能又要优于常规线性自抗扰控制器,因为加入的已知模型信息在一定程度上减轻了扩张状态观测器的负担,提高了它的观测和估计性能,使得控制器总体控制性能得到了提升。  为了验证线性自抗扰控制器的在实际设备中的张力控制效果,本文最后初步探讨了储纸机构实验平台的搭建。完成了以伺服电机和无杆气缸组合驱动的储纸机构实验平台的结构设计,以及相关元器件的选型,为储纸机构实验平台的搭建做好了准备。
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