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毕业论文 液压式折弯机控制系统的设计和实现

  • 简介:毕业论文-液压式折弯机控制系统的设计和实现,共164页,,中文摘要,折弯机是工业上用于弯曲板材材料的一种常见的机器。21 世纪工业生产对生,产的精度和质量要求的持续提高,让各个主要的折弯机的生产制造商以及折弯机,使用者更加关
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适用专业:自动化
适用年级:大学
论文编号:202524

论文简介:

毕业论文-液压式折弯机控制系统的设计和实现,共164页,
中文摘要
折弯机是工业上用于弯曲板材材料的一种常见的机器。21 世纪工业生产对生
产的精度和质量要求的持续提高,让各个主要的折弯机的生产制造商以及折弯机
使用者更加关注折弯机系统的控制性能。而液压数控折弯机在工业中目前已经广
泛使用,数量占绝对的优势。虽然国外相关厂家的控制器的性能已经非常好,但
是国内在这方面进展却依旧缓慢。因此,本文主要针对双液压缸的典型折弯机系
统进行了建模、控制系统设计、同步性能改进、嵌入式系统实现等方面的研究和
尝试。
论文首先对折弯机的液压缸部分和伺服比例阀部分分别进行了建模,对模型
进行适当的线性化,并考虑了液压系统液压源压强、液压系统回流源压强、负载
压力、外界干扰因素的影响,得到了模型的传递函数。之后,论文介绍、仿真并
分析了 PID 控制器、用遗传算法整定的 PID 控制器、加入积分分离的 PID 控制器、
加入了微分分离的 PID 控制器、直馈前馈控制器、模糊 PID 控制器等各种控制器,
通过比较它们的控制效果,最终选用了模糊 PID 与改进直馈 PID 结合的控制器。
在此基础上,论文介绍了主从式和并行式的同步控制方式,并对两种同步控制方
式进行了改进,仿真结果表明,后置并行同步控制器具有更好的同步控制效果。
最后,论文基于 PSoC 芯片对液压折弯机的控制系统进行了具体的实现,并
通过与计算机之间的通信,实现了 PSoC 嵌入式控制器与计算机的联合仿真。
关键词:液压折弯机;PID 控制;模糊控制;同步控制;联合仿真


ABSTRACT
Bending machine (press brake) is a common industrial machine used for bending
plate materials. With the increasing demand for the precision and quality of production
in the 21st century, the major bending machine manufacturers and users pay more and
more attention to the control performance of the system of the bending machine. And
at present, hydraulic CNC bending machine is widely used in industry, accounted for
absolute superiority. Although the performance of the controller made by foreign
manufacturers have been very good, but in China, related research is still rare.
Therefore, this paper mainly studies the system modeling, control system design,
synchronization performance improvement, and embedded control system realization
of the double hydraulic cylinder bending machine.
Firstly, this paper sets up the models of hydraulic cylinder and private servers
proportional valves respectively, taken factors like the source of hydraulic pressure
system, backflow source, load pressure and noises signal in to consideration. By using
appropriate linearization of the models mentioned above, the transfer function has been
deduced. Then, this paper studies the simulation and analyzes the performance of
different control systems, including PID controller, GA (genetic algorithm) parameters
setting based PID controller, straight feed-forward controller, fuzzy PID controller and
so on. By comparing the performance of these controllers, this paper finally chooses
fuzzy PID and improved PID feed-forward combined controller. Moreover, this artical
introduces master-slave type and parallel type synchronization control method and
improve the performance of both methods. The final Matlab simulation results show
that rear mounted parallel synchronic controller has better synchronous control effect.
At last, a basic embedded controller based on PSoC chips has been realized, and a
simple united simulation is accomplished through communication between computer
and PSoC chips.
Keywords:Hydraulic bending machine; PID control; Fuzzy logic control;
Synchronous control


目录
第 1 章
课题背景与研究现状 ........ 1
1.1 引言 ...... 1
1.2 国内外折弯机的发展现状 ...... 2
1.3 折弯机的学术研究现状 ........ 4
1.4 课题的意义 6
第 2 章
液压缸的仿真模型建立 ...... 7
2.1 液压缸建模 7
公式推导 ........ 7
液压缸模型参数设定 ...... 11
伺服比例阀建模 .. 12
伺服比例阀的传递函数 .... 12
伺服比例阀模型参数设定 .. 13
2.3 折弯机仿真模型 .... 13
单缸仿真模型 ... 13
双缸仿真模型 ... 15
2.4 本章小结 . 16
第 3 章
PID 控制器设计 ........ 17
3.1 PID 方法简述 ...... 17
原理介绍 ....... 17
传统参数整定 ... 18
3.2 原始 PID 控制实现 .. 18
3.3 用遗传算法整定参数的 PID 控制器 ...... 22
遗传算法简介 ... 22
用遗传算法整定 PID 参数 .. 24
仿真实验 ....... 25
3.4 PID 积分环节的改进 30
PID 积分分离的原理 ...... 30
仿真实验 ....... 31
3.5 PID 微分环节的改进 34
PID 微分分离的原理 ...... 34
仿真实验 ....... 35
3.6 本章小结 . 41
第 4 章直接前馈控制 ..... 43
4.1 前馈控制器的设计 .. 43
4.2 仿真实验 . 47
4.3 直接前馈控制器小结 48
4.4 前馈与 PID 控制器结合的原理 . 50
4.5 仿真实验 . 50
4.6 控制性能改进 ...... 56
4.7 本章小结 . 61
第 5 章模糊控制 ... 62
5.1 纯模糊控制 ........ 62
模糊控制基本结构 ........ 62
隶属函数设定 ... 62
模糊推理规则表 . 63
仿真实验 ....... 65
5.2 模糊 PID 控制 ...... 70
模糊控制和 PID 控制的结合 70
模糊 PID 基本结构 ........ 71
隶属函数设定 ... 72
模糊推理规则表 . 73
仿真实验 ....... 76
5.3 模糊 PID 与改进直馈 PID 结合 . 82
5.4 本章小结 . 86
第 6 章
双液压缸同步问题 ...... 87
6.1 常用同步方法介绍 .. 87
6.2 并行方式同步控制 .. 88
6.3 主从方式同步控制 .. 91
6.4 同步方式的改进 .... 96
后置并行同步控制器 ...... 96
后置主从同步控制器 ..... 106
6.5 本章小结 110
第 7 章控制器性能比较 ........ 112
7.1 性能指标的选择和比较 ...... 112
7.2 控制性能评价函数的确立 .... 113
第 8 章控制器的嵌入式实现 . 115
8.1 PSoC 芯片简介 .... 115
8.2 控制器的嵌入式实现 ........ 116
仿真系统 ...... 116
嵌入式控制器 .. 117
8.3 仿真与调整 ....... 118
8.4 本章小结 122
第 9 章
总结与展望 ....... 123
插图索引 ....... 125
表格索引 ....... 132
参考文献 ....... 134
致 谢 .... 135
声 明 ..... 错误 !未定义书签。
附录 A 外文资料的调研阅读报告(或书面翻译) ..... 137
原文索引 ....... 156


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