节能变压器卷铁芯成型卷绕系统研究与设计

【摘要】： 本课题是上海科委科学技术研究重点项目。 对称三角形结构的节能变压器卷铁芯三相输配电变压器,是近几年才开发出来的新型节能配电变压器,它的卷铁芯设计与制造技术需要进一步的研究开发和完善。 节能变压器卷铁芯的制造工艺分为:设计、裁剪、成型卷绕、退火、绕线、装配及检验等部分。本论文主要针对节能型输配电变压器圆截面卷铁芯成型卷绕中的非圆卷绕技术和纠偏技术问题进行研究。 本文分析了节能变压器卷铁芯成型“非圆”卷绕的特点,并与传统“圆型”卷绕特点相比较,建立了这种特殊卷绕系统的卷绕模型。根据这种模型的分段性特点,提出了角度范围检测方法,并通过软件实现证明了该方法的可行性。 在成型“非圆”卷绕系统的控制中,根据卷绕线速度与张力之间的关系,提出了“非圆”卷绕的恒线速恒张力的闭环控制方案,并对方案中的双闭环调速环节作了重点研究,研究了基于模糊自整定的PID控制算法,这种改进的算法提高了系统的鲁棒性和快速性。在“非圆”卷绕的线速度控制中,提出了基于伺服电机调速的控制方法。把基于模糊自整定的PID控制应用到了卷铁芯成型卷绕控制系统中,并对“非圆”卷绕恒线速度控制进行了仿真研究。 本文设计了铁芯成型“非圆”卷绕控制系统和软件。给出了基于PLC的模糊自整定PID控制算法的实现。在成型卷绕系统人机交互方面,提出了基于单片机的人机交互数据通信方法,并给出了其软件实现,设计了成型卷绕系统的机床身操作面板,通过该操作面板可对系统进行监控操作和参数设置。 在成型卷绕的纠偏系统中,提出了光电装置自动对中技术,解决了带材的“变中心”卷绕跑偏量的检测问题。设计了新型三辊纠偏装置,该装置采用了分级压力和纠偏延时思想,提高了装置的纠偏精度。研究了基于神经网络的PID控制算法,纠偏控制仿真结果表明这种控制算法具有响应快、精度高、稳定性好和自适应能力强等特点,达到了很好的控制效果。 【关键词】：节能变压器卷铁芯 “非圆”卷绕 线速度控制 模糊自整定PID 三辊纠偏
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM421
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目录9-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 研究的历史11-13
• 1.2 研究的现状13-14
• 1.3 研究背景14-17
• 1.4 主要研究内容17-19
• 第2章 节能变压器卷铁芯成型卷绕规律研究19-30
• 2.1 节能变压器卷铁芯成型卷绕系统分析19-25
• 2.1.1 节能变压器卷铁芯成型"非圆"卷绕规律20-23
• 2.1.2 节能变压器卷铁芯成型"非圆"卷绕规律仿真23-25
• 2.2 节能变压器卷铁芯成型"非圆"卷绕检测系统设计25-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第3章 节能变压器卷铁芯成型"非圆"卷绕控制研究30-64
• 3.1 节能变压器卷铁芯成型"非圆"卷绕系统的张力控制30-33
• 3.1.1 节能变压器卷铁芯成型"非圆"卷绕速度控制与张力控制关系30-32
• 3.1.2 节能变压器卷铁芯成型"非圆"卷绕转速模型建立32-33
• 3.2 节能变压器卷铁芯成型"非圆"卷绕恒线速度控制33-40
• 3.2.1 基于伺服电机的恒线速度控制的提出35-37
• 3.2.2 基于伺服电机的恒线速度控制原理37
• 3.2.3 直流PWM伺服驱动装置的工作原理37-40
• 3.3 "非圆"卷绕电机转速控制实现40-49
• 3.4 模糊控制49-54
• 3.4.1 模糊控制的基本原理49-50
• 3.4.2 模糊语言变量的语言值和模糊论域的选取50-51
• 3.4.3 量化因子和模糊语言变量值分档范围的确定51-52
• 3.4.4 隶属函数的确定及其表示方法52-53
• 3.4.5 模糊控制规则53-54
• 3.4.6 模糊决策和判决54
• 3.5 模糊自整定PID控制设计54-61
• 3.5.1 模糊自整定PID控制原理55-56
• 3.5.2 隶属函数的建立56-57
• 3.5.3 模糊规则的建立及运算流程57-61
• 3.6 节能变压器卷铁芯成型"非圆"卷绕控制仿真61-62
• 3.7 本章小结62-64
• 第4章 节能变压器卷铁芯成型"非圆"卷绕控制系统设计64-82
• 4.1 PLC的概况及选型64-67
• 4.1.1 PLC的主要功能64-66
• 4.1.2 PLC选型66-67
• 4.2 基于PLC的铁芯成型"非圆"卷绕控制系统67-69
• 4.3 卷铁芯成型"非圆"卷绕电机转速的计算和显示69
• 4.4 基于PLC的模糊-PID控制算法69-70
• 4.5 卷铁芯成型"非圆"卷绕系统控制流程70-72
• 4.6 卷铁芯成型"非圆"卷绕张力控制操作界面72-74
• 4.7 卷铁芯成型卷绕机机床操作系统74-82
• 4.7.1 卷铁芯成型卷绕机机床操作系统原理74-75
• 4.7.2 卷铁芯成型卷绕机机床操作面板75-76
• 4.7.3 卷铁芯成型卷绕机机床操作电路76-82
• 第5章 节能变压器卷铁芯成型卷绕三棍纠偏系统82-108
• 5.1 节能变压器卷铁芯成型卷绕纠偏问题的提出82-83
• 5.2 卷铁芯成型卷绕纠偏系统组成原理83-84
• 5.3 节能变压器卷铁芯成型"非圆"卷绕硅钢带跑偏检测84-90
• 5.3.1 光电传感器检测原理84-85
• 5.3.2 节能变压器卷铁芯成型卷绕光电检测85-87
• 5.3.3 卷铁芯成型卷绕光电装置自动跟踪硅钢带边沿系统87-90
• 5.4 节能变压器卷铁芯成型卷绕纠偏系统纠偏装置90-95
• 5.5 节能变压器卷铁芯成型卷绕纠偏双环控制95-101
• 5.5.1 BP神经网络原理95-96
• 5.5.2 BP网络结构96
• 5.5.3 BP网络的前向计算96-98
• 5.5.4 BP神经网络的加权系数调整规则98-100
• 5.5.5 BP算法的计算步骤100-101
• 5.5.6 BP学习算法的注意事项101
• 5.6 基于神经网络的PID控制器设计101-105
• 5.7 节能变压器卷铁芯成型卷绕纠偏仿真105-107
• 5.8 本章小结107-108
• 第6章 总结108-109
• 参考文献109-112
• 致谢112-113
• 附录一:攻读硕士学位期间发表论文目录113
• 附录二:部分程序113-117

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