吹塑机坯成型模糊控制器的研究与设计

摘要

中空吹塑成型技术是通过气压使塑化的型坯紧贴模具内壁成型,中空容器制品因其强度要求规定了最小壁厚。在生产过程中,为了保证制品的质量,要求型坯壁厚能够准确地跟踪设置值,且跟踪响应速度尽可能快。目前我国还未实现高精度壁厚控制器的国产化,进口壁厚控制系统价格高、维护难,因此壁厚控制器的国产化,必将带来巨大的经济效益,使我国的中空吹塑成型机产业跃上一个新台阶。
　　本论文在仔细分析了中空吹塑成型控制系统壁厚控制方法的基础上,设计了一种采用PID参数模糊自整定壁厚控制器,并给出了该控制器的软硬件设计;该控制器以ARM微处理器为核心,以实时操作系统μC/OS-II为开发平台,可以对生产塑料产品时的料胚形状进行任意设定,并通过LCD显示器显示设定的曲线。
　　本文对提高控制器D/A输出连续性进行了研究,采用了利用系统的LCD显示器显示设定的型坯壁厚曲线,只需增加LCD的分辨率,就可增加型坯壁厚的控制点,在同一LCD的两相邻点之间,则通过预测曲线的变化趋势给出控制数据,从而增加输入控制点。系统输出的连续性同时还与控制器输出D/A转换器的分辨率有关,通过对D/A输出进行细分,实现了型坯产品的壁厚曲线的连续。PID参数模糊自整定系统结构主要由参数可调整PID和模糊控制系统两部分组成。它是在常规PID控制器的基础上,以误差e和误差变化率c作为输入,采用模糊推理方法对PID参数Kp、Ki、Kd进行在线自整定,以满足不同e和c对控制器参数要求,而使被控对象具有良好的动、静态性能。常规的PID参数模糊自整定控制器采用两输入三输出模糊控制器。
　　为避免两输入三输出模糊控制器的繁琐的模糊规则的编写以及复杂的运算,本论文设计的PID参数模糊自整定控制器在常规的两输入三输出的模糊控制器基础上进行改进,只对单一PID参数Kp进行自整定,模糊控制器的模糊控制规则采用智能权函数法。本文所设计的PID参数模糊自整定控制器与重庆硕山塑料制品厂共同研制并得到了实际应用,结果表明PID参数模糊自整定控制器集合了PID控制器和智能权模糊控制器的优点,能很好地跟踪设置值,具有超调量小,响应快,控制精度高等特点。

目录

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 国内外研究现状及发展趋势

1.1.1 坯控制器的国内外研究现状

1.1.2 坯控制器发展趋势

1.2 引入嵌入式实时操作系统μC/OS-II 的意义

1.3 研究意义

1.4 论文的主要工作

2 相关基础理论

2.1 PID 控制原理

2.1.1 PID 控制原理

2.1.2 数字PID 控制算法

2.2 模糊控制原理

2.2.1 模糊控制器的基本思想

2.2.2 模糊控制器的基本组成

2.2.3 模糊控制器的基本算法

2.3 模糊控制器的基本设计方法

2.3.1 模糊控制器的结构设计

2.3.2 模糊控制器的规则设计

2.3.3 精确量与模糊量之间的相互转换

2.3.4 论域、量化因子及比例因子的选择

2.3.5 模糊控制算法

2.4 本章小结

3 吹塑机坯成型控制系统研究与设计

3.1 吹塑机坯成型控制器研究与设计

3.1.1 塑料吹塑机型坯控制系统简介

3.1.2 型坯壁厚控制系统设计

3.2 提高吹塑机料坯成型控制器D/A 输出连续性的研究

3.2.1 细分D/A 输出增加分辨率的原因

3.2.2 细分D/A 输出最小增量的一般方法

3.2.3 细分D/A 输出最小增量增加分辨率的新思路

3.3 本章小结

4 PID 参数模糊自整定控制器的应用研究

4.1 常规PID 参数模糊自整定控制器的设计

4.1.1 PID 参数模糊自整定控制系统的结构

4.1.2 PID 参数模糊自整定的原则

4.1.3 PID 参数模糊自整定控制器的设计

4.2 PID 参数模糊自整定器的改进

4.2.1 模糊控制器结构的改进

4.2.2 模糊控制器推理规则的改进

4.3 坯控制器采用PID 参数模糊自整定控制器的设计

4.3.1 参数kp(0)的获得

4.3.2 两输入三输出模糊控制器设计

4.4 坯壁厚PID 参数模糊自整定控制器的仿真研究

4.5 本章小结

5 吹塑机料坯成型控制器系统设计

5.1 吹塑机料坯成型控制器设计的新思路

5.2 系统设计

5.2.1 系统硬件设计

5.2.2 系统软件设计

5.3 μC/OS-II 的移置

5.4 应用程序的设计

5.5 吹塑机料坯成型控制器相关电路及软件设计

5.5.1 系统方案选择与论证

5.5.2 单元电路设计

5.5.3 软件设计

5.6 实验研究

5.7 本章小结

6 结束语

致谢

参考文献

附录