发电机定子线棒端部固化加热温度控制系统的研发

摘要

在发电机生产中，定子线棒(定子线圈)绝缘胶化(固化)过程是其生产中的关键生产步骤。定子线棒的固化好坏直接影响发电机的使用性能和寿命。但当前国内线棒的固化系统自动化程度不足，多为由简单的温控仪表+传感器+加热组件等构成的简单的温控系统，控制性能差，多由工人手动操作，规范性也不高，且浪费大量的人力。 针对这种现状，以济南某电机生产厂的线棒固化加热系统为对象，对线棒固化加热控制的关键技术进行了研究。 该系统利用S7-300PLC编程软件STEP7，通过软件编程的方法实现电加热系统的PID控制，并利用西门子组态软件WinCC给出了系统运行监控界面，实现了多段温度曲线加热，提高了自动化程度，从而提高了线棒固化质量。 但是由于定子线棒的固化加热系统一个惯性环节，同时还是一个典型的非线性强耦合系统，受电阻丝、空气对流等环境因素的影响，难以建立精确的数学模型，用单一的PID控制，系统超调大，误差可达6℃，虽然满足生产要求，但还未达到理想的控制效果。而目前智能控制理论及智能控制方法的发展为线棒的固化加热控制提供了更多解决方案，以实现其有效控制。 其中，模糊控制技术作为一种较成熟的方法己越来越多地被应用于在加热控制系统中；同时，随着自动化技术和计算机技术的发展，出现了以PLC为代表的、以程序控制取代人工控制的计算机控制器。 本文在模糊智能控制技术理论研究的基础上，通过对固化加热设备的实际运行工况的分析，对这种非线性一阶惯性系统的控制，采用模糊自整定PID参数的方法，根据加热温度反馈值实时调整PID参数KP、KI和KD，改变输出量，控制加热器动作，从而达到控制加热温度的目的，以解决多路加热回路间的强耦合，提高固化加热控制系统的自动控制水平，在matlab上进行了系统仿真，通过仿真结果具体分析、比较了模糊控制效果和传统PID控制效果，结果表明，模糊控制策略在不依赖过程对象精确数学模型的基础上较好地解决了电加热器的非线性、强耦合的问题，且在模糊查询表容量不大时，这种程序设计方法较为简洁、响应较快、控制性能较好，可以应用于类似的工控场合，是一种较为理想的温控方法，该控制方案合理可行。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪 论

1.1课题背景

1.2线棒固化自动控制的国内外现状及趋势

1.2.1线棒固化自动控制的国内外现状

1.2.2传统PID控制与模糊自整定PID参数控制的比较

1.2.3线棒固化自动控制的趋势

1.3本文工作

第二章定子线棒端部固化温控系统设计

2.1工艺流程简介

2.2加热固化控制系统组成

2.3 SIMATICS7-300 PLC与Wincc简介

2.3.1 SIMATIC S7-300 PLC简介

2.3.2监控软件Wincc简介

2.4 PID控制算法介绍及理论基础

2.4.1 PID控制器的基本原理

2.4.2数字PID控制算法

2.5加热过程分析

2.5.1热学分析

2.5.2加热模型的确立

本章小结

第三章S7-300 PLC和Wincc的组态及编程

3.1S7-300 PLC的具体设计

3.1.1 S7-300 PLC硬件组态

3.1.2下位机STEP7 LAD程序的设计与研究

3.1.3 PID控制

3.2 Wincc监控界面设计

3.3系统运行效果小结

本章小结

第四章固化系统模糊PID控制器的设计及仿真

4.1模糊控制理论基础

4.1.1模糊控制系统原理

4.1.2模糊集合的基本运算与模糊关系

4.1.3基本模糊控制器的设计

4.2模糊自调整PID控制器

4.2.1模糊自调整PID参数控制器的结构

4.2.2模糊PID控制器的设计步骤

4.3固化系统模糊自整定PID参数控制器的设计

4.3.1模糊控制器的结构设计

4.3.2精确量的模糊化

4.3.3 PID参数模糊调整规则

4.3.4模糊推理及模糊判决

4.4模糊自整定PID参数控制器的MATLAB仿真结果

本章小结

第五章结论及展望

5.1研究工作总结

5.2 PLC实现模糊控制的工程应用展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢