基于模糊PID控制的阴极电泳生产线烘房温度自动控制系统的研究

论文摘要

随着中国汽车市场正处于高速发展阶段,市场上巨大的需求量,已经导致各大汽车制造商纷纷将设备进行扩能和升级改造。而国家倡导节能减排,绿色环保的高效精益生产模式,使得企业必须将现有陈旧的设备进行升级改造,从而满足低碳低排放的要求。由于此次工艺优化中,采用了环保型无铅涂料,对烘房温度控制系统提出很高的要求。本文首次系统地将模糊PID温度自动控制技术应用在阴极电泳线烘房温度控制系统上,研究对比了传统PID技术、模糊PID控制技术在自动控制系统中的功能特点,并结合监控组态软件和I/O通讯技术实现阴极电泳线烘房的温度自动控制,有利于解决目前温度控制中超调量大、动态特性差、温度经常出现振荡的问题,能为我国阴极电泳线烘房温度自动化应用寻找一条新的思路。在控制方法的理论设计上,本文首先深入研究了阴极电泳线烘干过程中的不同物理现象和化学现象,在此基础上以阴极电泳线烘房内的温度为被控对象,分析了模糊PID控制器的不同参数控制规则,利用MATLAB R2008a软件在计算机上建立了烘房的仿真模型结构,并对传统PID控制器和模糊PID控制器的控制性能分别进行了仿真研究。仿真结果显示:模糊PID控制器性能优于传统PID控制器,具有调节时间短、超调量小、鲁棒性好、稳态误差小的控制精度。在硬件电路设计上,本文采用了Honeywell公司生产的UDC2500温度控制器作为PID运算的控制器,主要是采集温度测量值、传输控制信号给执行器、以及与上位机进行通讯。而在上位机设计中,采用了Jobwell触摸屏作为控制中心,主要完成温度基本参数的显示和设置,以及模糊PID规则算法。在燃烧器设计上,采用了Eclipse公司的燃气燃烧器和Siemens公司的LFL1.335程控器,主要是完成烘房点火前得监测和实施点火,以及在燃烧过程中,出现高温失控现象的紧急处理。在控制执行器设计上,采用了Honeywell公司的M941D,主要是调节风门和煤气压力,完成相应的动作。在软件设计上,本文采用力Forcecontrol监控组态软件,作为温度控制系统的开发和运用平台。它主要是显示温度基本参数、历史曲线、当前PID控制参数和报警信息,通过Modbus通讯协议来完成上位机与温度控制器之间的信息传递。同时,它还采用DDE动态数据交换机制,来控制由VB软件编译的模糊PID算法程序的运行。整个温度控制系统软件程序主要完成:系统初始化、温度采集、数据处理、温度曲线显示、调整执行机构、超温报警等功能任务的系统管理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 阴极电泳线基本原理
• 1.1.1 电泳涂装基本原理
• 1.1.2 阴极电泳工艺及优点
• 1.2 阴极电泳涂料与涂装的发展
• 1.2.1 国内外电泳涂装的应用发展
• 1.2.2 阴极电泳涂料的发展历程
• 1.2.3 阴极电泳涂料与涂装的发展趋势
• 1.3 阴极电泳线烘房结构特点
• 1.4 目前烘房温度控制方法及问题
• 1.5 本论文要完成的工作及章节分配
• 第二章 模糊控制原理在阴极电泳线烘房上的运用
• 2.1 控制理论的发展
• 2.2 温度控制系统中 PID 控制与模糊控制的对比
• 2.2.1 温度控制系统中 PID 控制原理
• 2.2.2 PID 控制系统的优缺点
• 2.2.3 温度控制系统中模糊控制基本原理
• 2.2.4 模糊控制的基本结构
• 2.2.5 模糊控制系统的优缺点
• 2.3 阴极电泳线烘房温度控制器模型的建立
• 2.3.1 阴极电泳线烘房温度模型的建立
• 2.3.2 阴极电泳线烘房温度控制器的建立
• 2.4 烘房温度模糊 PID 控制器的设计
• 2.4.1 输入输出语言变量的关系
• 2.4.2 模糊控制规则的建立
• 2.4.3 模糊控制推理及解模糊
• 2.5 烘房温度自动控制系统仿真分析
• 2.5.1 三种控制方式仿真模型的建立
• 2.5.2 三种控制方式响应曲线的分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 烘房温度控制系统硬件部分设计
• 3.1 烘房温度控制系统硬件总体设计
• 3.2 烘房温度控制系统中所用模块的介绍
• 3.2.1 温度控制系统中燃烧器模块
• 3.2.2 温度控制系统中温度调节器模块
• 3.2.3 温度控制系统中触摸屏模块
• 3.2.4 温度控制系统中执行器模块
• 3.2.5 温度控制系统中传感器模块
• 3.3 烘房温度控制系统中温度控制单元设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 烘房温度控制系统软件部分设计
• 4.1 系统软件总体设计
• 4.2 上位机界面设计
• 4.2.1 组态软件的介绍
• 4.2.2 系统主界面的结构
• 4.3 模糊PID 程序设计
• 4.3.1 Visual Basic 编程软件介绍
• 4.3.2 模糊 PID 程序设计
• 4.4 I/O 通讯协议设计
• 4.4.1 Modbus 通讯协议介绍
• 4.4.2 烘房温度控制系统中 Modbus 通讯协议设计
• 4.4.3 DDE 通讯的设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 试验结果分析
• 5.1 烘房温度控制系统改造前的实验
• 5.2 烘房温度控制系统改造后的实验
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
• 附件