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2014-08-12 瀏覽:4546次 關鍵詞:

密封條涂膠機技術資料---自動涂膠機壓力控制系統設計與仿真
 
1引言
    涂膠機是隨著汽車工業中密封工藝的改進而產生和發展的。最初變速箱、發動機殼體等密封采用紙墊,隨著對密封性能要求的提高,密封工藝的改進,在密封結合而上直接
涂膠代替紙墊。同時,擋風玻璃、燈具等也需要密封涂膠。涂膠質量的好壞直接影響汽車的外觀和使用壽命,因此為了保證汽車生產質量就要提高涂膠機的涂膠精度。日前,自動涂膠機的涂膠質量除了與涂膠設備的硬件結構設計有關外,最重要的與膠液的溫度和定量機的壓力控制有關。對膠液進行溫度控制,通常采用PID控制已能滿足需要這里不再詳述。而定量機的壓力控制是涂膠機控制系統的核心部分,最重要的是要控制好定量膠槍內的膠液壓力以及涂膠過程的活塞速度。為了達到其定位精確、響應快、出膠定量且流速均勻等要求,將涂膠動作分解為預壓、涂膠和充膠三個連續的過程。并對預壓和涂膠過程進行分開控制,這種分開控制的優點在于涂膠時定量機內已經進行了預壓處理,從而優化了涂膠控制的初始階段,保證了涂膠過程的均勻性和流速恒定的特點C i7。本文卞要對預壓壓力控制分別嘗試用模糊控制、PID控制以及模糊PID復合控制,并利用Matlab /Simulink工具對其控制效果進行了仿真驗證。通過比較表明,在預壓壓力控制系統中應用模糊PID復合控制方法可使得預壓過程響應快速且控制精確。
2涂膠機的原理

    涂膠機的整體布局如圖1所示。系統控制對象為定量膠槍,由伺服電機驅動定量膠槍內的螺旋桿進行預壓、涂膠和充膠的動作。定量機是涂膠機的重要組成部分,是影響涂膠質量的關鍵因素。

2.1定量機結構
    定量機的各組成部分如圖2所示,其工作過程如下:初始時活塞在下,螺旋桿在上。填料時填充電動閥打開,使膠液經入口進入料室,上膠機將產品推入料室,活塞在壓力下
上升直至觸及螺旋桿。擠壓時擠壓電動閥打開,活塞下移使膠液經出口擠出,其速度取決于機器人所選定的流量,所放置的產品體積由活塞的位移算得。

2. 2定量機預壓模型
    對于卞控制對象定量機,預壓時交流伺服電機的輸出為角位移,輸入為控制電壓,因此傳遞函數:
減速器的傳動比:
    預壓時進膠閥和出膠均關閉,定量機相當于一個密閉的容器,液體受壓時體積減小,內部壓力增人。它們之間的關系用液體的壓縮性系數表示。壓縮性系數指受壓液體在變化單位壓力時引起的液體體積的相對變化量。
    參看圖3,假定壓力為P時,液體體積為V;壓力增加為P+Δp時,液體體積為V一Δv。根據定義,液體的壓縮性系數如下:
式中,β為液體的壓縮性系數; ΔV為液體的壓力變化所引起的液體體積變化值; Δp為液體的壓力變化值。

壓力增人時,液體體積減小,反之則增人,所以ΔV/V為

負值,由式(2)可得:
因此有:
則定量機內的壓力與活塞的位移之間可近似看成比例關系,因此伺服電機總的傳遞函數為:
式中 為螺紋間距;s為活塞而積;,n為減速器的傳動比;r為螺桿半徑;;v為定量機的體積;;T為時間常數。
 
3模糊PID控制器的設計
    預壓時采用模糊PID控制,可以縮短預壓時間,并且在保壓時能有效防比壓力外泄。模糊控制的核心部分是模糊控制器,模糊控制規律由計算機的程序實現。
3.1模糊控制
    實現模糊控制算法的過程描述如下:微機經中斷采樣獲取被控制量的精確量,然后將此精確量與給定值比較得到偏差信號。一般選偏差信號。和偏差變化率。。作為模糊控制
器的輸入量,對它們進行模糊化變成模糊量。偏差。和偏差變化率ec的模糊量可用 相應的模糊語言表示,得到偏差。和偏差變化率ec模糊語言集合的一個子集E和EC,再由E,EC和模糊控制規則R(模糊算子)根據推理合成規則進行模糊決 策,得到模糊控制量U,再將U解模糊,便可得到精確的控制量ucau。
    具 有上述模糊控制器的系統方框圖,如圖4所示。圖中r為系統設定值(精確量);e,ec:分別為系統誤差與誤差變化率(精確量);E,EC分別為反映系統誤 差與誤差變化率的模糊集合(模糊量);u為模糊控制器輸出的控制作用(精確量);y為系統輸出。本系統中r=15bar;e=[-15 bar+15bar];ec;= [-3 +3};u= [0 +10v}(壓力的單位為1巴(bar)=100,000帕(Pa)=10牛頓/平方厘米)。

  為了進行模糊化處理,必須將輸入變量從基本論域轉換到相應的模糊集域,這中間相差一個因子,即量化因子Kr,K每次經模糊控制算法給出的控制量還不能直接控制對象,還必須將其轉換到為控制對象所能接受的基本論域中去,這中間也相差一個因子,即比例因子K。設計一個模糊控制器除了要有一個好的模糊控制規則外,合理地選擇模糊控制器輸入變量的量化因子和輸出控制量的比例因子也是非常重要的。量化因子凡,凡及比例因子式的人小對控制系統的動態性能影響很人。一般只能初步選擇,在系統調整時再根據系統的輸出特性進一步確定。
    每一次控制過程結束后,都要根據被控對象的輸出響應特性與要求的性能進行比較,根據系統的實際情況,依據量化因子K ,K及比例因子K,的人小對控制系統的作用調整其參數[。經過多次調整,選取適當的量化因子和比例因子,逐步改善被控對象的動態性能和靜態性能,最終滿足系統的要求。
    選定模糊控制器的語言變量及其所取的語言值,分別建立語言變量的賦值表。表1、表2和表3分別是用在本文中的語言變量E,EC和U的賦值表,其中空自處為0。

模糊控制模塊流程圖如圖s所示。自一先設置量化因子KF , KF汗日比例因子K,。然后將得到的壓力誤差e、和壓力誤差變化率eck模糊化,通過查詢模糊查詢表得到模糊控制量Uhe最后將壓力控制量精確化后再輸出,即uk。

4仿真研究
    取定量機參數如下:1 = 0. 3cm , S = 50c㎡ n = 1 /36,r=3cm,V=2000cm3,T=0. 3,p=6 x 10-6 cm2 /N2,k,=9. 18則k=6.6,由式(5)求得:
G(s)=6. 6 ‘(U. 3.s+1)
(6)為了比較這三種控制算法的控制效果列舉兩組系統參數選擇:
    1)K=5;K=1. 5;Ka=5;Kr=0. 1;K=0. 03;K,=4;e1= 1. 5 (e1為模糊控制與PID控制的閥值)時。為了比較將模糊控制和PID控制時的仿真曲線繪制在一張圖上如圖7所示,采用模糊PID復合控制的仿真響應曲線如圖8所示。

2)K=7;K=0. 02;Ka=5;Kr=0. 07;KF}=0. 033;K,=4;e1 -0.5時,分別采用模糊控制和PID控制的仿真曲線如圖9所示,采用模糊PID復合控制的仿真響應曲線如圖10所示。
    從兩組仿真結果可以看出,模糊控制時響應速度很J決,但穩態時存在穩態誤差。而PID控制雖然沒有穩態誤差,但響應速度要比模糊控制慢很多。而模糊PID復合控制則兼顧了兩種控制的優點,響應迅速且沒有穩態誤差,因而控制效果較好。從第一組和第_組的仿真曲線也可以看出第_組的控制效果要優于第一組,因而,在實際的參數調y過程中要反復嘗試,找到最佳的參數值。

5結束語
    本文在分析了傳統PID控制方法和純模糊控制方法的基礎上,結合兩者的優點,提出了模糊PID控制策略,并嘗試將其應用到定量機的預壓控制中。實踐證明應用這種控制算法使得預壓過程響應快速且控制精確。該系統的成功開發對提高工作效率、改善產品質量、減輕工程技術人員的工作強度都具有很人的意義。對整個系統進行調試時,采取各利‘措施排除現場各種干擾,尋找較優的控制參數。使系統在現場能安全穩定運行,滿足涂膠的嚴格要求。總的來說,本文采用的模糊PID控制理論在涂膠機控制系統中的應用是比較成功的,該研究成果適合現代涂膠工藝的要求,具有很好的實用性和可行性,為今后的深入研究和性能改進奠定了一個很好的平臺。

 
 

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