张力控制试验平台及监测系统的研究
外部数据RAM主要用来进行外部仿真调试用。掉电保护RAM主要用来存放系统需要存储的一些重要参数。另外，张力控制器板上还有脉冲编码四倍频电路、故障诊断及保护电路、外部扩展接口、RS232通讯接口等电路。
2.2.3转矩采集卡
系统采用PI900转矩采集卡对开卷伺服电机的转矩进行测量，其最小采样间隔为10 ms。使用时将采集卡插入工控机ISA插槽，并分别将3块卡的I/O地址配置为300H～31FH、340H～35FH 和380H～39FH，中断号配置为IRQ10、IRQ11和IRQ12。
2.2.4差动电容式传感器［2］
差动电容式传感器是张力测试装置的核心器件，其工作原理如图3所示。在张力为零时，初始极距δ1=δ2，S=δ1+δ2；当被控对象张力作用于导向轮上时，动极片上下移动，距离发生变化Δδ，电容量也相应发生变化ΔC，其相对变化量为ΔC/C，当距离的变化量Δδ很小时，可以认为电容的变化量ΔC与Δδ近似成线性关系。该距离变化量通过图3b所示的电桥电路转换为电量，再经后面的配套装置处理，显示或记录被控对象张力。
数据监测、分析软件可为试验者提供简单快捷的数据分析工具，以及实时及历史数据曲线，系统所使用的应用程序主要包括：监控图形系统、故障信息系统、数据记录系统、报表系统等。
实验者可以利用数据分析和处理软件对实时采集的数据进行分析，对控制策略进行评定，进一步优化控制策略、改变控制环节参数以获得不同的实验结果。
3张力控制策略及试验
3.1张力控制原理
如图1所示，张力控制系统采用三反馈环的交流伺服控制结构，其分别为伺服电机的速度环、位置环和张力闭环。
下面对张力反馈环作进一步分析：浮动辊、汽缸、固定辊及精密电容式张力传感器构成张力 检测系统。如图1所示，浮动辊安装在可沿A点作上下摆动的悬臂上，悬臂与汽缸相连。当设定开卷张力参数后，控制器给出电信号至电气压力转换器（E/P），由其提供一定压力的压缩空气到汽缸，产生向上支撑力，把浮动辊推向下方，张紧薄膜，完成开卷张力的设定。
当由于某种原因（开卷轴直径变化、被控对象材料不均、材料的弹性塑性变形、扰动等因素影响）开卷和收卷电机速度不同步时，浮动辊在汽缸的作用下，向上方或下方移动，浮动辊的上下摆动使得精密电容式张力传感器（如图3b所示）的动极片跟着上下滑动，因此，从电容器输出端的电压信号发生变化，反馈电压和设定电压值比较后，张力控制器改变输出脉冲的频率，从而使开卷伺服电机速度发生相应的变化，维持张力的恒定，使得生产得以顺利进行。
3.2张力控制策略及实现
试验平台上可完成多种复杂张力控制算法（神经网络、进化算法、模糊理论、DNA生物软计算等）的研究。文中采用基于单神经元的自适应PID控制算法［5］进行试验。
单神经元自适应PID控制器结构框图如图4所示。图中转换器的输入为张力设定值r（k）和实测值y(k)，输出为神经元学习控制所需要的状态量x1、x2、x3。神经元PID控制器的输出为：
在单神经元控制器中引入输出误差平方的二次型性能指标J，通过修改神经元控制器的加权系数wi（k），使性能指标趋于最小，从而实现自适应PID的最优控制。
设二次型性能指标函数为：
对上述算法进行规范整理后，可得学习算法如下：
评论