本文關(guān)鍵詞：基于FPGA帶鋼對中控制的研究

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【摘要】：近些年,隨著全球工業(yè)經(jīng)濟的飛速發(fā)展,帶鋼的應用范圍越來越廣,已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中應用最廣泛的必需品,因此對帶鋼的質(zhì)量要求也隨之增高。面對帶鋼冷連軋(Steel cold tandem rolling,SCTR)自動化生產(chǎn)中遇到的位置偏移(跑偏)的現(xiàn)象,實現(xiàn)高效控制是當前帶鋼冷連軋自動化生產(chǎn)重要的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的帶鋼糾偏系統(tǒng)控制器穩(wěn)定性較差,調(diào)節(jié)緩慢,超調(diào)過大,因此提出一種高性能的控制策略顯得尤為重要。本文分析了帶鋼的跑偏原因以及現(xiàn)今國內(nèi)外的控制方法。提出以伺服閥驅(qū)動液壓系統(tǒng)的方式作為驅(qū)動系統(tǒng),選用更加可靠的工業(yè)CCD作為反饋采集系統(tǒng),本文通過分析比較Z-N法、遺傳算法、標準粒子群優(yōu)化算法(PSO)算法的優(yōu)劣,并改進了粒子群優(yōu)化算法(MPSO)來優(yōu)化PID控制,從而提出了MPSO-PID控制器的詳細設計步驟,結(jié)果表明其能達到系統(tǒng)的預期精度要求,使系統(tǒng)更快速、更穩(wěn)定地運行。另外,為了驗證算法的可行性,將該控制算法應用到FPGA平臺,提出了一種基于FPGA差異演化動態(tài)權(quán)重PSO優(yōu)化PID控制器的方法。利用VHDL語言和Quartus II圖形輸入方法編寫改進的PSO優(yōu)化PID算法,用Model Sim仿真驗證了設計結(jié)果的準確性,用DSP Builder和MATLAB的SIMULINK平臺,獲得了該控制方法應用到帶鋼對中系統(tǒng)的結(jié)果。實驗結(jié)果證明,基于FPGA改進PSO優(yōu)化PID的控制方法在帶鋼冷連軋的應用,使得系統(tǒng)超調(diào)量更小、更加穩(wěn)定、調(diào)節(jié)更加快速,符合各項設計要求,對帶鋼冷連軋的糾偏領域具有非常大的實際意義。
【關(guān)鍵詞】：帶剛冷連軋 對中糾偏 改進粒子群算法 PID控制 FPGA
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG334.9
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 課題研究的背景及意義10-11
• 1.2 帶鋼糾偏系統(tǒng)的研究動態(tài)11-12
• 1.3 課題研究內(nèi)容12-13
• 1.4 本文主要結(jié)構(gòu)安排13-15
• 第2章 帶鋼冷連軋對中系統(tǒng)15-30
• 2.1 帶鋼對中控制系統(tǒng)概述15-16
• 2.2 帶鋼對中控制系統(tǒng)原理16-17
• 2.3 帶鋼對中控制系統(tǒng)的構(gòu)造17-21
• 2.3.1 按檢測傳感器分類17-19
• 2.3.2 按對齊位置劃分19-21
• 2.4 執(zhí)行機構(gòu)21-22
• 2.4.1 電液伺服系統(tǒng)21-22
• 2.4.2 電液伺服對中執(zhí)行機構(gòu)的組成結(jié)構(gòu)及原理22
• 2.5 控制器22-23
• 2.6 帶鋼對中控制系統(tǒng)數(shù)學模型建立23-26
• 2.6.1 物理模型建立原則23-24
• 2.6.2 相關(guān)環(huán)節(jié)24-25
• 2.6.3 系統(tǒng)傳遞函數(shù)25-26
• 2.7 系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性分析26-29
• 2.7.1 MATLAB簡介26
• 2.7.2 系統(tǒng)頻率特性及波特圖26-28
• 2.7.3 系統(tǒng)分析28-29
• 2.8 本章小結(jié)29-30
• 第3章 改進粒子群優(yōu)化PID算法設計30-37
• 3.1 PID控制器策略簡介30-31
• 3.2 PID控制原理31
• 3.3 比例、積分和微分環(huán)節(jié)31-32
• 3.4 ZN法設計PID-C32
• 3.5 標準粒子群算法32-34
• 3.6 改進慣性權(quán)重ω34
• 3.7 差異演化粒子群的改進34-35
• 3.8 本章小結(jié)35-37
• 第4章 基于改進粒子群優(yōu)化PID算法的帶鋼對中系統(tǒng)37-45
• 4.1 交叉變異粒子群的PID控制系統(tǒng)原理37-38
• 4.2 適應度函數(shù)選取38-39
• 4.3 改進PSO算法優(yōu)化PID-C參數(shù)流程39-40
• 4.4 算法參數(shù)要求40-42
• 4.4.1 對中控制系統(tǒng)已知參數(shù)與要求40-41
• 4.4.2 帶鋼對中控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)41-42
• 4.4.3 帶鋼對中控制系統(tǒng)的仿真要求42
• 4.5 系統(tǒng)仿真結(jié)果42-44
• 4.6 不同算法性能指標對比44
• 4.7 本章小結(jié)44-45
• 第5章 改進型PSO優(yōu)化PID算法在FPGA中的實現(xiàn)45-73
• 5.1 FPGA概述45-46
• 5.2 FPGA開發(fā)流程46-49
• 5.3 FPGA改進粒子群優(yōu)化PID系統(tǒng)架構(gòu)49-50
• 5.4 基于FPGA的粒子群優(yōu)化PID系統(tǒng)改進50-67
• 5.5 改進PSO優(yōu)化PID控制模塊設計67-70
• 5.6 仿真結(jié)果70-72
• 5.7 本章小結(jié)72-73
• 結(jié)論73-75
• 參考文獻75-78
• 攻讀碩士學位期間承擔的科研任務與主要成果78-79
• 致謝79-80
• 作者簡介80

【參考文獻】

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本文編號：722444