【摘要】：鋼絲繩是由若干根鋼絲或繩股按照一定的規(guī)則捻制而形成的螺旋狀的鋼絲束。它具有良好的抗拉、疲勞強度和沖擊韌性,能夠承受較重的負(fù)載和沖擊載荷,可繞性好,相對重量較輕,結(jié)構(gòu)多樣,規(guī)格齊全等特點。在冶金、礦山、石油天然氣鉆采、機械、化工、航空航天等領(lǐng)域中成為了一種必不可少的部件或材料,其質(zhì)量也被國內(nèi)外多個行業(yè)所關(guān)注,并投入大量人力、物力進(jìn)行鋼絲繩使用研究和產(chǎn)品開發(fā)工作。經(jīng)研究分析發(fā)現(xiàn),鋼絲繩捻制過程中鋼絲或繩股的張力控制對鋼絲繩的質(zhì)量具有重要的影響。捻股機是鋼絲繩生產(chǎn)中的主要設(shè)備之一。本文針對管式捻股機放卷過程中張力不穩(wěn)定、控制效果不佳等問題,在研究分析張力控制模型和控制算法等的基礎(chǔ)上對恒張力控制系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計。首先,文中闡述了本課題的研究背景及意義,對張力控制原理及方式進(jìn)行了詳細(xì)介紹,總結(jié)了國內(nèi)外鋼絲繩的發(fā)展?fàn)顩r和張力控制的研究現(xiàn)狀,并對鋼絲繩的生產(chǎn)工藝流程、設(shè)備使用情況簡單介紹,指出了恒張力控制在鋼絲繩捻制過程的重要性。其次,對管式捻股機的放卷張力控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,分析了在放卷過程中卷徑、轉(zhuǎn)動慣量、角速度的變化對張力的影響,指出了卷徑的變化是影響張力波動的主要因素。在介紹工程上常用的卷徑測量方法的基礎(chǔ)上,本文提出了一種基于纏繞模型和時間計算卷徑的新方法。由于捻股機放卷張力控制是一個非線性、大時變、多干擾的系統(tǒng),因此控制策略的研究也是本課題的一個重要研究內(nèi)容,分析各種PID控制算法各自的特點,為張力控制器的設(shè)計奠定了理論基礎(chǔ)。再次,設(shè)計了以張力傳感器為檢測元件、磁粉制動器為執(zhí)行元件和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊PID控制器的一套完整的張力控制裝置。其中,控制器的設(shè)計包含了硬件電路設(shè)計、軟件設(shè)計和控制算法。最后,經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)卷徑的測量算法計算值與實際放卷情況基本上相符合,驗證該方法的有效性。運用MATLAB/Simulink所選取的控制策略進(jìn)行仿真分析,仿真結(jié)果表明基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊PID控制系統(tǒng)比常規(guī)PID算法更具有動、靜態(tài)性能和魯棒性等。同時,將設(shè)計的張力控制裝置運用在現(xiàn)場,通過試驗結(jié)果分析可知,該裝置操作方便,系統(tǒng)工作穩(wěn)定,抗干擾能力強,實現(xiàn)了恒張力放線,確保了捻制質(zhì)量,達(dá)到了安全生產(chǎn)要求。
[Abstract]:Wire rope is a spiral wire bundle formed by a number of wires or strands twisted according to certain rules. It has good tensile strength, fatigue strength and impact toughness, can withstand heavy load and impact load, can be wound well, relative weight is lighter, structure is diverse, specifications are complete and so on. In metallurgy, mining, oil and gas drilling, mechanical, chemical, aerospace and other fields has become an indispensable component or material, its quality has been concerned by many industries at home and abroad, and put a lot of manpower, Material resources for the use of wire rope research and product development. Through research and analysis, it is found that the tension control of wire or strands plays an important role in the process of wire rope twisting. Twisting machine is one of the main equipment in the production of wire rope. In this paper, aiming at the problems of unstable tension and poor control effect in the unwinding process of the tube twisting machine, the constant tension control system is reformed and designed on the basis of studying and analyzing the tension control model and control algorithm. Firstly, this paper describes the research background and significance of this topic, introduces the principle and method of tension control in detail, summarizes the development of wire rope at home and abroad and the research status of tension control, and introduces the production process of steel wire rope. The application of the equipment is briefly introduced, and the importance of constant tension control in the twisting process of wire rope is pointed out. Secondly, the mathematical modeling of the tension control system of the tube twisting machine is carried out, and the influence of the variation of the winding diameter, the moment of inertia and the angular velocity on the tension during the unwinding process is analyzed. It is pointed out that the change of the winding diameter is the main factor affecting the tension fluctuation. On the basis of introducing the commonly used methods of diameter measurement in engineering, this paper presents a new method for calculating the diameter of winding based on winding model and time. Because the winding tension control of twisting machine is a nonlinear, time-varying and multi-interference system, the study of control strategy is also an important research content in this paper. The characteristics of various PID control algorithms are analyzed. It lays a theoretical foundation for the design of tension controller. Thirdly, a complete tension control device with tension sensor as detection element, magnetic powder brake as executive element and fuzzy PID controller based on neural network is designed. The controller design includes hardware circuit design, software design and control algorithm. Finally, it is found that the calculation value of the measurement algorithm is basically consistent with the actual unwinding situation, and the validity of the method is verified. The simulation results show that the fuzzy PID control system based on neural network is more dynamic, static and robust than the conventional PID algorithm. At the same time, the designed tension control device is used in the field. Through the analysis of the test results, it can be seen that the device is easy to operate, the system works stably, the anti-interference ability is strong, the constant tension wire setting is realized, and the twisting quality is ensured. Meet the requirements of production safety.
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG355;TP273

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本文編號：2159328