本文關(guān)鍵詞：基于PID控制的等離子弧壓調(diào)高控制器的研究

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【摘要】：公司生產(chǎn)活動中涉及到較多的金屬板材下料過程,一般的金屬板材下料方法有氧氣乙炔下料、激光下料、等離子下料等。等離子下料中的精細(xì)等離子切割技術(shù)在對板材加工時其加工質(zhì)量可以媲美激光下料的加工質(zhì)量,但其動能及輔材的投入小于激光。為提高等離子下料效率及下料精度,同時可進(jìn)行批量柔性化生產(chǎn),數(shù)控等離子切割技術(shù)被應(yīng)用于金屬板材下料。數(shù)控等離子切割方式在實(shí)現(xiàn)批量柔性化生產(chǎn)的同時,降低了操作人員的勞動強(qiáng)度,同時可以實(shí)現(xiàn)板材整體套料減少了材料浪費(fèi)。從而加快了生產(chǎn)的進(jìn)程,降低了成本,保障了產(chǎn)品質(zhì)量。隨著公司對產(chǎn)品品質(zhì)要求的不斷提高,手工等離子切割已經(jīng)不能滿足切割零件精度要求,因此公司在金屬板材下料過程中引進(jìn)數(shù)控等離子切割機(jī)以替代手工等離子下料,盡量采用高精度的自動化切割設(shè)備以滿足生產(chǎn)需求。數(shù)控等離子切割過程中等離子切割槍與工件的高度影響到設(shè)備耗材使用的壽命、切割零件的切割質(zhì)量及切割電源電流、電壓的變化等方面,所以對數(shù)控等離子切割槍的高度控制是設(shè)備參數(shù)的一個重要因素。目前設(shè)備使用的調(diào)高控制器多為模擬量控制,采用PWM控制電機(jī)進(jìn)行高度控制,模擬量控制器采用模擬電路進(jìn)行信號的采集和處理,可采用簡單的控制電路實(shí)現(xiàn)基本控制功能,所以其制造成本比數(shù)字信號控制系統(tǒng)低,但其信號處理速度較慢容易產(chǎn)生滯后的控制量輸出,導(dǎo)致控制實(shí)際輸出滯后于預(yù)期,割據(jù)出現(xiàn)較大波動,操作人員需要進(jìn)行頻繁調(diào)整,增大了操作人員的勞動量。為改善調(diào)高控制器的調(diào)整精度與響應(yīng)速度,本課題準(zhǔn)備利用單片機(jī)采用增量式PID控制方式并結(jié)合伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)高控制器的研究。本次研究以仿真實(shí)驗(yàn)為主,所以根據(jù)編制的程序和現(xiàn)場實(shí)際情況對硬件電路進(jìn)行搭建,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)程序進(jìn)行仿真。為模擬現(xiàn)場弧壓反饋,采用滑動變阻器來控制輸入電壓,電壓控制范圍為0~5V,控制仿真未采用伺服系統(tǒng)進(jìn)行仿真,但采用輸出控制電壓為0~10V來控制伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)速。公司實(shí)際使用的弧壓調(diào)高系統(tǒng)為模擬調(diào)高控制系統(tǒng),而本文準(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)的弧壓調(diào)高系統(tǒng)由硬件和軟件組成,同時伺服驅(qū)動系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置也至關(guān)重要。其硬件部分主要包含單片機(jī)電源及控制部分和伺服電機(jī)運(yùn)動部分。硬件電路主要負(fù)責(zé)執(zhí)行內(nèi)容,而控制部分的核心內(nèi)容為控制程序和參數(shù)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化,所以為保障整個控制系統(tǒng)的精度和效率,需要對控制程序進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。為減少設(shè)計(jì)投入,加快設(shè)計(jì)速度本次研究以仿真實(shí)驗(yàn)為主要研究手段,主要目的為尋求本次設(shè)計(jì)的P、I、D最佳參數(shù)。本文通過對公司使用的數(shù)控等離子調(diào)高系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行分析研究,并根據(jù)公司實(shí)際使用情況以MATLAB、PROTEUS和KEIL為基本研究工具對公司使用的數(shù)控等離子調(diào)高控制系統(tǒng)進(jìn)行原理分析,從而建立控制模型并編寫仿真和控制程序,最后進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),并確立最佳控制的PID參數(shù)。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)控等離子 弧壓調(diào)高 單片機(jī) PID 仿真
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP273
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-21
• 1.1 課題的目的和意義12-14
• 1.2 數(shù)控等離子切割機(jī)系統(tǒng)原理14-16
• 1.3 國內(nèi)外數(shù)控等離子切割技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀16-17
• 1.4 調(diào)高控制器的發(fā)展?fàn)顩r17-20
• 1.5 論文的主要內(nèi)容20-21
• 第二章 弧壓調(diào)高系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21-29
• 2.1 基于弧壓調(diào)高的數(shù)控等離子整體結(jié)構(gòu)方案22-23
• 2.2 弧壓調(diào)高控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及硬件構(gòu)成23-27
• 2.2.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)23-24
• 2.2.2 伺服驅(qū)動系統(tǒng)24-25
• 2.2.3 單片機(jī)介紹25-26
• 2.2.4 AT89C51簡介26
• 2.2.5 伺服驅(qū)動器、伺服電機(jī)及直線導(dǎo)軌26-27
• 2.3 本章小結(jié)27-29
• 第三章 數(shù)控等離子調(diào)高控制系統(tǒng)PID控制算法的研究29-38
• 3.1 系統(tǒng)仿真技術(shù)29-33
• 3.1.1 仿真技術(shù)的定義29
• 3.1.2 仿真的分類和基本步驟29
• 3.1.3 PID仿真器件29-31
• 3.1.4 仿真模型建立31
• 3.1.5 PID控制器各單元的作用31-32
• 3.1.6 仿真實(shí)驗(yàn)軟件選擇32-33
• 3.2 弧壓調(diào)高控制系統(tǒng)PID控制器算法研究33-37
• 3.2.1 弧壓調(diào)高控制系統(tǒng)PID控制實(shí)現(xiàn)的控制算法的選擇33-34
• 3.2.2 弧壓調(diào)高控制系統(tǒng)PID增量式算法的實(shí)現(xiàn)34-36
• 3.2.3 弧壓調(diào)高系統(tǒng)增量式PID控制算法對不良影響的抑制36
• 3.2.4 弧壓調(diào)高控制系統(tǒng)PID參數(shù)的實(shí)驗(yàn)試湊方法36-37
• 3.3 本章小結(jié)37-38
• 第四章 弧壓調(diào)高PID控制參數(shù)仿真硬件電路設(shè)計(jì)38-43
• 4.1 弧壓調(diào)高控制器PROTEUS仿真電路38-39
• 4.2 弧壓調(diào)高控制器KEIL仿真軟件39-40
• 4.3 伺服系統(tǒng)控制電路及參數(shù)設(shè)置40-41
• 4.4 本章小結(jié)41-43
• 第五章 弧壓調(diào)高PID控制仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證43-55
• 5.1 交流伺服系統(tǒng)傳遞函數(shù)的建立43-44
• 5.2 基于MATLAB的試驗(yàn)研究確立P、I、D控制參數(shù)44-53
• 5.3 單片機(jī)弧壓控制器程序的編寫53-54
• 5.4 本章小結(jié)54-55
• 第六章 結(jié)論與展望55-56
• 參考文獻(xiàn)56-58
• 附錄58-66
• 致謝66

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：947288