模糊PID电阻丝恒速恒张力绕制控制.pdf

第3期
机械设计与制造
2013年3月
Machinery Design Manufacture
117
模糊PID电阻丝恒谏恒张力绕制控制
徐礼平,高宏力,高育帼,彭路星
(西南交通大学机械工程学院,四川成都610031)
摘要:电阻丝容易被拉断,且绕制过程中绕丝张力具有非线性、参数时变性等特点。针对这一问题,在传统PID控制的
基础上,将PID控制和模糊控制原理结合,提出了模糊自适应PID绕丝控制的方法;应用 MATI.AB/SIMULINK进行了仿
真,并在所设计电阻绕丝试验平台上进行了试验;试验结果表明模糊PID控制比常规PID控制具有更好的静动态性能,
能够对绕丝的张力进行有效的恒速恒张力控制
关键词:绕丝机;恒速恒张力;模糊PID控制;绝对编码器
中图分类号:1TH16:TP273+.2;TP273+.4文献标识码:A文章编号:1001-3997(2013)03-0117~-03
Fuzzy PID Control in Constant Speed and Tension in Resistor Winding
XU Li-ping, Gao Hong-li, Gao Yu-guo, Peng Lu-xing
( School of Mechanical Engineering, Southwest Jiaotong University, Sichuan Chengdu 610031, China
Abstract: Resistance wire is easily broken, and the tension is complex with the characteristics of non-stationary and time
varying in the process of winding KNP. n order to solve this problem, it puts forward a fuzzy se f-adaptive PD control
strate y comparing with the dito PD contr mthod. A simult reserch has been established with MATLAB
SIMULINK, and test is also done based on the substantial plaform Compared with the conentional PD controller, the fuzzy
PID control has bewer characteristics both in dynamic and static performance than conventional PID controller, and it can
effectively control the pitch angle. t is indeed a feasible w to adopt uzy PID method in the constant speed and tension
control system of
g machin
Key Words: Winding Machine; Constant Speed and Tension Control; Fuzzy Pid Control; Absolute Encoder
1引言
2闭环绕放线系统设计
线绕电阻不仅具有优异的电阻温度系数和良好的热稳定2.1控制系统原理
性,而且电流噪声也很小,在电子装备中被广泛使用。在许多实
为实现对张力的控制,传统电阻绕丝机采用外接张力计来
际应用中,对绕线电阻的精度和体积都提出了很高的要求。因此,控制张力,属于开环控制,不能有效地解决断丝的问题?。针对这
绕制出高精度的微型绕线电阻具有很重要的意义。而在满足一定一情况,重新设计了张力控制系统,加入张力反馈环节,实现闭环
功率的条件下,为了减小绕线电阻的体积,需要采用更细的电阻控制。控制系统中将绕线电机作为主动电机,以恒定的速度旋转
丝进行绕制。越细的电阻丝,对张力控制的要求就越高:张力过放线电机作为随动电机,转速决定于主动电机转速和瓷棒直径。
大,电阻丝会被拉断;张力太小,电阻丝的绕制则太松。绕线的张而为了保证张力在一定范围保持恒定,随动电机的转速则根据反
力由绕线速度和放线速度共同决定,因此,为了实现恒速恒张力馈的张力实时调整。所以,电阻丝张力的反馈和随动电机控制策
绕制,关键是控制好绕线速度和放线速度。可是,在电阻绕制过程略是整个系统设计的关键和难点
中线圈直径是时变的,导致了实现恒速放线,均匀排线的困难,常
为实现恒张力绕线,系统应用杠杆原理,将张力信号转化成
规控制效果不佳。而研究证明将模糊控制引入到传统的PID控绝对编码器的角度位置信号并反馈到控制器,实现电阻丝张力的
制中去,能使控制系统对非线性、时变性系统有良好的控制效果:反馈控制。构建试验系统,如图1所示。拉线杆一端与编码器转轴
既貝有模糊控制的鲁棒性强的特点,又继承了传统PD控制结构联接,作为杠杆的支点。电阻丝的拉力作用于过线轮3,对杠杆施
简单、工作稳定等优点門。
加动力矩;精密弹簧联接拉线杆的中点,对杠杆施加一个反作用
系统根据精密电阻绕丝原理和自适应控制策略,设计了恒力,对杠杆施加限力矩。杠杆旋转的角度值取决于电阻丝的张力:
速恒张力绕丝控制试验系统,在所设计的平台上进行仿真实验,绕线的张力越大,绝对旋转编码器时针旋转角度就越大。当绕
达到了很好的效果。
线电机开始绕线,拉线杆受动力矩作用而旋转,旋转的角度将通
来稿日期:2012-05-15
基金项目:国家重大科技专项资助项目(2010ZX04015-011
作者简介:徐礼平,(1986-),男,四川乐山人,硬土研究生,硕士,主要研究方向:自动控制和信号检测
高宏力,(1971-),男,河南洛阳人,教授,博士,主要研究方向:复杂机电系统智能控制及可靠性设计