【正文】 此外，還要感謝一起做設(shè)計的同學(xué)，你們對我的完成設(shè)計也提供了極大的幫助，使我能解決了設(shè)計過程中的實際問題?？傊瑢埩ψ鳛榭刂茖ο髸r，速度和張力是耦合的，所以系統(tǒng)實際上是一個多輸入多輸出的系統(tǒng)，單獨控制任何一個量，都難以獲得最佳的控制效果，張力控制應(yīng)當從系統(tǒng)整體出發(fā)，朝著更高級更智能的方向發(fā)展。綜合論文所寫內(nèi)容，可總結(jié)如下：（1）張力控制系統(tǒng)是一個大時變、強耦合、多干擾的系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的 PID 控制律很難獲得較為理想的控制效果，所以必須要改進控制策略,從而使系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了保證。目前隨著經(jīng)濟的增長和物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們愈來愈追求美的享受，這也促使了國內(nèi)造紙業(yè)的迅猛發(fā)展。張力模型是在相連兩輥的受力分布和各環(huán)節(jié)速度分析的基礎(chǔ)上建立起來的，這樣建模很具有代表性，不論卷繞系統(tǒng)中的那個環(huán)節(jié)，都可以按照這樣的方式建立數(shù)學(xué)模型。說明這種變結(jié)構(gòu)控制的方法在卷繞系統(tǒng)中是可以滿足系統(tǒng)要求的，而且實現(xiàn)起來也比較簡單。α 隨著R 的變小愈來愈大，致使系統(tǒng)的阻尼比ζ變小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性越來越差。在實際生產(chǎn)過程中一般通過現(xiàn)場測量卷徑來修正系統(tǒng)前向通道的參數(shù)，但是需要增加檢測裝置，增大了投資成本。根據(jù) ZieglerNichols 整定法，對于磁粉離合器這樣一階帶有純滯后環(huán)節(jié)的模型，設(shè) 可根據(jù)如下公式獲得 PID 控制器的各個參數(shù)： 單位階躍響應(yīng)示意圖其中一階響應(yīng)的特征參數(shù) ， 可以由圖 提取出來，求取這些參數(shù)對實際系統(tǒng)并不困難，首先對該系統(tǒng)進行階躍輸入激勵，得出響應(yīng)曲線，再根據(jù)曲線得出這些特征參數(shù)。從圖中可以看出，常規(guī) PID 雖然上升時間較快，但是超調(diào)量σ%達到了 20％以上，這在實際卷繞過程中會造成卷材的拉伸變形甚至斷裂。而變速積分法是在積分分離法的基礎(chǔ)上作了改進，b 的改變是緩和的。但是在卷繞系統(tǒng)中，啟動、結(jié)束、自動換卷時，短時間內(nèi)系統(tǒng)輸出會有很大的偏差，會造成 PID 運算的積分積累，使控制量超過過大，引起系統(tǒng)較大的超調(diào)，甚至引起系統(tǒng)振蕩，這是在生產(chǎn)過程中絕對不允許出現(xiàn)的。下面是兩種常用的抑制積分飽和的方法：1．積分分離法：在 PID 算法中，當誤差小到進入某誤差帶后才把積分增量累加到積分項中，從而加到輸出U 中，否則把積分增量舍棄。 PID 控制算法理論和實踐證明了在連續(xù)控制系統(tǒng)中，被控對象為一階和二階慣性環(huán)節(jié)或同時帶有滯后時間不大的滯后環(huán)節(jié)時，PID 控制是一種較好的方法。其他的自適應(yīng)控制，智能控制及自學(xué)習(xí)控制等，也接踵而至。面對這種情況，首先想到的是對傳統(tǒng)的PID進行改造，例如前饋控制可以有效的抑制干擾，提高系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。特別是在精細材料的加工過程中，微小的速度抖動將引起張力的極大變化。因此速度和張力是藕合的。張力是材料在受到外力作用時的內(nèi)應(yīng)力，該應(yīng)力與材料的彈性系數(shù)有關(guān)，彈性系數(shù)在很多情況下也是一個可變量，在受到過大的拉力下，將超過材料的彈性極限甚至導(dǎo)致材料斷裂。 造紙行業(yè)中，卷繞機械張力控制系統(tǒng)有其自身的特點。另一種是采用Intel, Philips, NEC,TI等公司的嵌入式微處理器，如MCS51系列，或者運算能力更強的DSP控制芯片。所以，由Q11和Q12組成的推挽電路在同一時間始終只有一個在工作，其中Q12工作在正半周期內(nèi)，Q11工作在負半周期內(nèi)，這樣在整個周期中管子功耗減小，輸出功率增大，所以推挽電路起到了功率放大的作用。 磁粉制動器驅(qū)動電路原理圖由于PWM信號的作用，三極管Q6工作在開關(guān)狀態(tài)，；當三極管Q6通時，其集電極的電位V6c==，此時流過發(fā)射極的電流I6e=()/=，實際中Q6集電極電流Icmax=300mA,所以Q6工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài)。當兩路并聯(lián)輸出時，輸出驅(qū)動電流較大。TL494 獨特之處在于設(shè)置了一個獨立的死區(qū)時間控制比較器，同相端接 的電平后引向 4 腳，利用外控電位可以改變調(diào)制器的死區(qū)時間。TL494 芯片原理圖如圖 313 所示。在與 PC 機進行通訊時，需要 RS232RS485 轉(zhuǎn)接器。最小系統(tǒng)由單片機 80C196KC 和外接 EPROM、RAM、晶體振蕩器（16M）、復(fù)位電路、譯碼電路等組成。在調(diào)試時最好將備用的采集通道接地，以免在采集過程中出現(xiàn)通道串擾現(xiàn)象的發(fā)生。該芯片提供數(shù)據(jù)讀取并行接口方式，可與任何標準的微處理器簡便聯(lián)接，因此廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。10V。對該系統(tǒng)來說，干擾持續(xù)時間短，能量不大，因此，可以達到抗干擾的目的。上圖給只出了一相電路的光電隔離原理圖，其它四相和上圖相同。當輸入信號無電流，即發(fā)光二極管不導(dǎo)通不發(fā)光時，輸出器件也不導(dǎo)通，輸出電流為零。設(shè)張力傳感器傳送的張力信號為，則經(jīng)過放大后輸出信號為： （31）當張力信號在 0~10mV 范圍內(nèi)波動時，經(jīng)過放大后的張力信號在 0~5V 之間，所以信號經(jīng)過放大后可以直接對其進行采樣，在每路信號輸出端用穩(wěn)壓管將放大后的最大電壓限制在采集芯片的允許范圍之內(nèi)，以免外界干擾引起張力信號的突變而損壞采樣芯片。這部分的運算放大器采用了 OP07?？刂破髟砜驁D如圖 所示： 張力控制器原理框圖80C196KC 是一種高性能而價格低廉的 16 位單片機，片內(nèi)有帶采樣保持器的八通道 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，采用逐次轉(zhuǎn)移原理將多至八路的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量；片內(nèi)數(shù)據(jù)總線和 CPU 都是 16 位，對片外儲器操作時，數(shù)據(jù)總線可以采用 16 位，也可以采用 8 位；28 個中斷源組合成 15 種不同的中斷，再加上非屏蔽中斷、軟件陷阱中斷、未實現(xiàn)代碼中斷等三個特殊的中斷類型，使得系統(tǒng)處理事務(wù)的能力變得尤為強大；尤其是片內(nèi)自帶有 3 路 PWM 輸出口，使用起來十分方便。在印刷包裝行業(yè)中，分散的小規(guī)模的控制更加常見，所以設(shè)計基于微處理器的張力控制器，通過改良控制策略，來提高控制的精度和性能具有極高的商業(yè)價值。如果將線速度和卷徑看作是張力控制系統(tǒng)中的兩個干擾量，則在設(shè)計張力控制系統(tǒng)時應(yīng)該著重考慮這兩個干擾量對系統(tǒng)產(chǎn)生的作用，要使系統(tǒng)不僅對速度的沖擊具有較強的抵抗能力，同時對卷徑的變化也要具有較強的魯棒性。所以，有必要分析放卷側(cè)的動態(tài)力矩平衡方程。為放卷輥的角速度。先由牽引電機帶動牽引輥轉(zhuǎn)動，使卷材拉伸，此時要控制好制動器件的制動轉(zhuǎn)矩，當張力T 達到所需值時，此時應(yīng)能拉動制動器件轉(zhuǎn)動。所以在較短的時間內(nèi)，可以將卷徑看作是一個常數(shù)，同時在進行動態(tài)分析時，可以考慮摩擦轉(zhuǎn)矩是一恒定值，則上式表明了卷材張力T 與線速度的關(guān)系。顯然，在實際卷繞過程中，總要受到外界因素的干擾，所以，靜態(tài)卷繞只是一種最為理想的情況，在實際過程中很難實現(xiàn)。 為收卷輥的轉(zhuǎn)動慣量（, 為收卷筒上卷材的轉(zhuǎn)動慣量，為收卷輥芯軸的轉(zhuǎn)動慣量），為阻尼系數(shù)。所以，在啟動結(jié)束后應(yīng)該立即保持不變，使卷材張力恒定，由式知，應(yīng)隨卷徑的增加而成反比地減小。由上式可見，卷材在作為張力調(diào)節(jié)對象時，是一個積分環(huán)節(jié)。設(shè)卷材張力為T，卷輥直徑為，前一單元運行中卷材的線速度為,卷繞單元運行的線速度為。張力檢測器檢測負載張力，經(jīng)過張力放大送到以微處理器為核心的控制器，控制器綜合給定和反饋張力，輸出控制信號，經(jīng)穩(wěn)流電源驅(qū)動磁粉制動器作用到卷軸，形成張力閉環(huán)控制系統(tǒng)。同時，紙機的這種速度比例協(xié)調(diào)關(guān)系應(yīng)在該變車速或停機后重新開機時繼續(xù)保持，而不需重新調(diào)節(jié)，因此紙機傳動系統(tǒng)的控制精度和對紙張的質(zhì)量和紙機的運行有著至關(guān)重要的作用。第五章對本論文進行了總結(jié)，指出了幾點不足之處，并對下一步的研究方向和張力控制的發(fā)展趨勢進行了展望。第二章對現(xiàn)代造紙機抄紙的一般過程進行了闡述。在承擔(dān)此任務(wù)后，作了如下工作：（1）首先閱讀了大量國內(nèi)外的相關(guān)文獻，了解了張力控制研究目前所處的階段；對張力控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進行了了解和分析，在此基礎(chǔ)上對傳統(tǒng)的 PID控制策略進行了分析和改進，探討了積分分離型 PID、變速積分 PID、變結(jié)構(gòu) PID等控制策略。特別是高速造紙機的發(fā)展，這就要求造紙機的張力自動控制要更為靈活、快速和準確。在這一領(lǐng)域電液比例控制和電液伺服控制相結(jié)合，獲得了廣泛應(yīng)用?？刂崎y依照退卷輥半徑大小，調(diào)節(jié)進入制動器的壓縮空氣的壓力。直流電動機雖然解決了速度和張力控制問題，體現(xiàn)出一定的優(yōu)點，但是機械式換向器這一致命弱點限制了它的應(yīng)用。為保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量，一般要求在卷繞過程中張力和速度均為恒定，但根據(jù)工藝要求可以進行調(diào)節(jié)。 不管采用那種控制方案，都必須設(shè)置檢測裝置，構(gòu)成控制閉環(huán)。根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)的不同張力控制方式可以分為電機張力控制系統(tǒng)，電液張力控制系統(tǒng)，磁粉張力控制系統(tǒng)，以及其他的如杠桿搖擺式等。張力控制裝置整體可以分為三部分：1）張力/速度檢測裝置；2）控制裝置；3）執(zhí)行機構(gòu)及驅(qū)動器。采用較先進的控制策略對傳統(tǒng)的控制方法進行改進，往往能夠取得立竿見影的效果。越來越多的工業(yè)控制過程在使用計算機控制技術(shù)，并在實時控制方面取得了很好的效果。在紙張的印刷生產(chǎn)過程中，張力控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性也影響到印刷產(chǎn)品的質(zhì)量，卷筒紙輪轉(zhuǎn)印刷機工作時，由于紙卷的外徑不斷變化，同時還有紙卷不圓、紙卷重心不與旋轉(zhuǎn)軸重合，或者更換紙卷，改變機器工作速度等原因，都可能引起紙帶上的張力變化，造成走紙不穩(wěn)，印品皺褶、重影，甚至發(fā)生紙張斷裂或堵塞等嚴重問題。為了適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的需要，許多單位逐漸引進了國外的一些先進技術(shù)和設(shè)備，在這些先進的造紙機和涂布機上均配備了紙頁張力的自動控制裝置。張力過大可能使紙張撕裂或者過薄，影響產(chǎn)品質(zhì)量，而過小則可能引起紙張起皺和材質(zhì)的不均勻，降低其質(zhì)量。張力太小會導(dǎo)致皺褶、套印不準等弊?。簭埩μ髸o謂增加機器負荷并容易使紙帶斷裂；而張力不穩(wěn)定會使紙帶發(fā)生跳動，也會導(dǎo)致套印不準、重影等問題。紙機的卷繞機構(gòu)張力控制由于受力變化大，張力和速度強藕合，干擾多的特點，所以紙機的控制策略在傳統(tǒng)的PID控制不能滿足控制的要求，對其進行了改進。浙江科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）造紙機紙帶張力測控系統(tǒng)設(shè)計 金 松 （機械與汽車工程學(xué)院 指導(dǎo)教師：高 ?。┱涸诂F(xiàn)代造紙行業(yè)中，紙頁張力控制是極其重要的一環(huán)，良好的張力控制能夠確保產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。關(guān)鍵詞： 張力控制 造紙機 磁粉制動器 PID控制 Abstract:Tension control is a very important part of process control in paper industry. Good tension control improves product quality and productivity. Main subjects discussed in this dissertation focus on the tension control in unwinding and winding processes for the paper machine.This paper is designed for paper machine rolls release tension control of the design, based on 16 types of h