论文题目：基于IKH-PID的通信电缆线径控制系统研究与设计
摘要：随着中国制造业的快速发展与国家智能制造2025计划的提出,整个制造业开始向更高层次发展。电缆制造行业也在追求产品生产的高效率和高品质。尤其是在电力传输、通信、航空航天等多个应用领域里,对电线电缆的线径质量提出更高的要求。其中的通信电缆更是未来通信发展的基础。而当前多数企业所使用电线电缆生产的卧式聚合物推挤机有着多种缺陷,主要为精度与稳定性不高、智能化水平较低,机器控制参数的调整是由技术员凭经验手动完成。在此背景之下,本文开始了对通信电缆线径控制系统进行研究与设计工作。针对通信电缆线径控制系统中存在时滞与扰动导致建模困难和控制精度低等问题,传统PID控制方式具有一定的局限性,在此基础上采用一种基于动态矩阵预测（DMC）和改进磷虾群算法（IKH）对控制系统进行优化的策略。在使用IKH对PID参数快速寻优的同时,利用DMC算法预测功能提前调控,最终得到逼近期望的线径值。通过仿真实验与传统PID控制以及一般磷虾群优化PID控制算法对比,结果表明在抗干扰能力和响应速度方面相比后两种算法更具优势。然后根据系统的需求完成通信电缆线径控制系统的总体设计。硬件部分划分为PLC控制单元、检测设备、触摸屏与通信设备以及电机设备进行选型配置。其中PLC控制单元主要分为CPU模块、输入输出扩展模块、PLC电源以及通信模块。而系统检测设备则包含测径仪、编码器、以及温度与压力传感器等器材。完成硬件选型及线路设计完毕后,开始使用博途V14SP1软件完成系统控制编程工作。根据生产的工艺流程顺序,对主程序、线径检测与报警模块、推挤和牵引速度控制模块、压力检测及控制以及模块与料缸温度检测模块等程序进行编写,并在其中加入本文的优化策略算法。而触摸屏操作系统则是由GP-Pro-Ex软件编制,主要由推挤、填料、牵引调速等多个界面,方便操作手安全快捷控制。在完成系统软硬件的设计后,进行实验并对数据进行采集处理,通过实验数据的对比分析表明,本文采用的基于IKH-DMC-PID算法的通信电缆线径控制系统,在坯料的接头处可以快速将线径稳定在3.57mm左右,具有一定的实际应用价值。
关键词：聚合物推挤机;通信电缆线径控制系统;磷虾群算法;动态矩阵预测算法;PID控制
学科专业：控制工程（专业学位）
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 电缆线径控制国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 本文主要研究内容
第二章 通信电缆线径控制系统总方案
2.1 PTFE电缆生产工艺流程
2.1.1 PTFE坯料加工流程
2.1.2 PTFE推挤工艺流程
2.2 电缆线径调控影响因素
2.3 电缆线径控制系统数学模型
2.4 电缆线径控制系统总体方案设计
2.4.1 控制系统功能需求分析
2.4.2 控制系统的遇到的难点与解决方案
2.4.3 电缆线径控制系统总方案设计
2.5 系统的开发平台
2.6 本章小结
第三章 通信电缆线径控制算法优化策略研究
3.1 磷虾群算法在电缆线径控制中的应用
3.1.1 磷虾群算法及其改进
3.1.2 改进磷虾群PID控制器设计
3.2 动态矩阵预测控制策略
3.3 基于IKH-DMC-PID联合控制策略
3.4 控制系统仿真实验
3.4.1 系统框图仿真实验
3.4.2 仿真结果分析
3.5 本章小结
第四章 通信电缆线径控制系统硬件设计
4.1 电缆线径控制系统硬件总体设计
4.2 电缆线径控制系统硬件选型配置
4.2.1 PLC控制单元
4.2.2 检测设备
4.2.3 触摸屏与通信设备
4.2.4 电机设备
4.3 电缆线径控制系统电路设计
4.3.1 主电路设计
4.3.2 PLC模块供电线路设计
4.3.3 I/O线路设计
4.3.4 通信线路设计
4.4 本章小结
第五章 通信电缆线径控制系统软件设计与仿真实验
5.1 电缆线径控制系统软件总体设计
5.2 电缆线径控制系统PLC程序设计
5.2.1 设备组态
5.2.2 PLC程序设计流程
5.2.3 PLC主功能模块以及控制流程
5.2.4 线径检测与报警设计
5.2.5 推挤和牵引速度的控制
5.2.6 压力检测及控制
5.2.7 计米功能实现
5.2.8 模口与料缸温度检测及控制
5.2.9 IKH-DMC-PID控制算法的实现
5.3 触摸屏操作系统设计
5.3.1 触摸屏与PLC的通信
5.3.2 触摸屏操作界面设计
5.4 现场数据采集与实验分析
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
参考文献
附录 A:实验采集的线径数据
致谢