[发明专利]一种基于双预测PI的薄膜转绕系统张力控制方法

权利要求书

1.一种基于双预测PI的薄膜转绕系统张力控制方法，其特征在于，该薄膜转绕系统张力控制方法采用双预测PI算法来对整个薄膜转绕系统的张力进行控制，包括系统搭建，控制算法设计，算法离散化，控制器参数确定，具体步骤如下：步骤S1，系统搭建，包括以下步骤：

步骤S1.1，组态配置；

首先在新创建的SIMATIC T station工作站中进行硬件配置，添加PLC辅助模块为PN-IO槽位添加一条工业以太网总线，并设置地址为PLC的地址，然后将S120挂在工业以太网总线上，并设置地址；在DP添加IM174，用于将速度设定值通过模拟量通道输出给驱动和接收编码器返回的实际速度给PLC；

步骤S1.2，主程序编写；

完成步骤S1.1之后，在OB1程序功能块中用LAD语言与梯形图结合来实现控制逻辑，然后添加变量表添加变量读取张力值，修改变量值，对电机使能操作；

步骤S1.3，配置外部编码器；

完成步骤S1.2之后，为项目添加外部编码器，并修改参数为旋转编码器，分辨率为1024，周长为0.157米，接IM174的四号接口，然后创建DB1，在主程序中增加编码器的FB功能块，对其使能，在DB1中最后两个参数变量分别表示实际位置和实际速度；

步骤S2，控制算法设计，包括以下步骤：

步骤S2.1，根据薄膜转绕张力系统积分加滞后特性，设计两个预测PI控制器对其进行控制；

步骤S2.2，使用一个标称对象模型积分加滞后模型作为被控对象，根据输出跟随输入的特点，由闭环传递函数确定两个拥有待整定参数的控制器，一个内环控制器和一个外环控制器；

步骤S2.3，利用步骤S2.2得到的控制器传递函数，分别将内外环控制器的传递函数转换成输入输出关系形式，其中包含了一项PI控制器的结构，用于消除积分效果，一项带有预测功能的控制器结构，用于消除滞后；

步骤S3，算法离散化，包括以下步骤：

步骤S3.1，将步骤S2得到的控制器输入输出形式，利用差分变换法得到K时刻的离散化后的输入输出关系；

步骤S3.2，将步骤S3.1得到关系式求出K+1时刻和K时刻之间的输出值的差值函数；

步骤S3.3，将步骤S3.2得到的差值函数使用SCL语言编写成一个函数模块；

步骤S3.4，将步骤S3.3得到函数模块，在STEP7中将此函数模块导入到项目中，然后在主程序中使用此函数模块作为系统的控制策略，得到反馈回来的控制效果；

步骤S3.5，将步骤S3.4得到的控制效果，由PLC将控制效果传输给IM174，再转换成相应的速度值和张力值；

步骤S3.6，将步骤S3.5得到的速度值和张力值输出到S120，转换成电信号，再驱动伺服电机快速控制张力设备达到指定的速度和张力；

步骤S4，控制参数的确定，包括以下步骤：

步骤S4.1，首先对薄膜转绕张力系统进行系统建模，PLC系统控制收放切割线机构的旋转速度，使收放两次存在速度差，从而导致切割线产生相对位移发生弹性形变产生张力，因此根据收放线机构的收放速度与张力关系建立系统模型；

步骤S4.2，根据步骤S4.1得到的模型，给定一个张力值，PLC与S120驱动控制系统通讯，将张力值转换成速度值，再通过驱动伺服电机驱动收放线机构操作，形成速度差，改变张力值；

步骤S4.3，由张力测量机构得到步骤S4.2的张力变化情况；

步骤S4.4，由步骤S4.3的张力变化情况，画出张力变化曲线，从曲线中计算出系统的滞后时间，经过滞后之后，系统显示具有明显的积分特性，根据阶跃响应数据，计算出被控对象的额定参数K，至此，被控对象已经明确；

步骤S4.5，由步骤S4.4得到的被控对象，在sinlink平台搭建一个以上述被控对象为目标的控制对象，采用双预测PI控制器进行控制，进行仿真；

步骤S4.6，由步骤S4.5得到的仿真结果，根据仿真结果调节控制器参数，得到完整控制器结构；

步骤S4.7，由步骤S4.6得到的控制器，修改双预测PI控制器离散化之后写入STEP7的控制器模块的参数；

步骤S4.8，由步骤S4.7得到的SCL模块，重新编译，下载PLC系统中，再给定一个张力值，得到张力变化曲线，根据张力变化曲线调节控制器参数，得到最佳的参数值，确定一个最佳控制器结构。