全钢轮胎仿形缠绕过程的预测控制研究-控制理论与控制工程专业论文.docx

摘要全钢轮胎仿形缠绕技术的好坏关键在控制系统，而控制系统的核心为缠绕数学模型，所以，寻找并建立最优的数学模型一直是该领域专家们的研究重点。国内外至今还尚未有成熟的轮胎缠绕数学模型，通常采用闭环控制检测是否达到预期设定的厚度参数，以达到仿形的目的。这种控制方式极易受到外界干扰，导致控制精度不高，影响了仿形效果，响应速度不快，不能达到快速缠贴的目的。于是，本文为改进上述缠绕控制系统，从优化与建模两条路径设计并完成了以下工作：1、通过分析快速隐式广义预测自校正控制算法，该算法虽克服一般广义预测控制算法GPC计算量大、参数整定困难、不利于实时控制等一系列缺陷，但将该算法运用到多变量系统，实现平行推广很难得到满意的预测控制，导致GPC在现实工业应用中受到限制。于是提出改进的基于T-S模糊模型的自适应模糊预测控制算法解决这类问题，该算法在MIMO非线性系统中，利用递推最小二乘法动态实时辨识模型后件参数，同时，在每一采样瞬时将系统线性化为状态空间模型，快速求解预测模型与非线性优化函数，根据这种方法寻找最优模型、最优控制序列。该算法很满意的将模糊建模和预测控制相融合，模糊模型在本质根源上是连续的，不存在模型切换时不稳定的跳变，导致模型失配等一系列情况，就以上控制方案，采用全钢轮胎仿形缠绕模型实施了仿真验证。2、为了从根源上建立轮胎仿形缠绕过程的显式数学模型，以达到快速缠绕控制的目的。基于此，本文站在数学算法及建模的高度，建立全钢轮胎仿形缠绕系统的数学模型。首先，研究分析胶条缠绕时出现的各种形变问题与各种建模方法；其次，对全钢轮胎仿形缠绕过程各个阶段的预测缠绕数学模型分块详细研究与设计；最后，采用模糊PID预测控制算法与改进的动态输出反馈预测控制算法及在线更新预测估计误差状态的控制算法，对建立的缠绕系统数学模型进行修正、优化，最终目的让其更贴合实际缠绕系统精确的模型。并分别仿真实验，验证算法的有效性，证明该控制系统的稳定性与跟踪效果，此模型系统可以解决实际研究的问题。3、采用自制的等比例缩小的木质缠绕鼓模型对上述理论测试与实验，实验证明，运用该模型缠绕出的轮胎胎面外轮廓形状与设计曲线基本一致，误差可控制在±1%以内，仿形效果很好，说明设计是成功的，适合实际生产。论文创新之处：1、深入分析了全钢轮胎仿形缠绕过程中胶条缠贴时胶条的不规则螺旋状及胶条与胶条之间缠绕叠加出现的塌陷、斜坡等一系列难题；并研制出几种建模方法。2、建立了全钢轮胎仿形缠绕系统的数学模型。3、采用不同的预测控制算法对建立的仿形缠绕数学模型进行估计误差修正与模型优化，让其与实际缠绕系统保持高度一致性。4、经过修正后的缠绕模型已经能基本代表胎面缠绕的实际系统模型并可预测将来的缠绕状态，也可根据实际缠贴的坐标位置，及时记录、及时恢复，在断点处继续缠贴，改进了传统的闭环带测厚传感器的轮胎胎面生产系统模式。大幅提升了生产工艺水准，提高了生产效率，在缠绕数据丢包或不足的情形下，此模型将替代之。关键词：全钢轮胎，仿形缠绕，数学模型，预测控制AbstractThekeyofall-steeltireprofilingwindingtechnologyisthecontrolsystem,andthecoreofwhichisthewindingmathematicalmodel,therefore,tofindandestablishtheoptimalmathematicalmodelhasbeenthe researchemphasisforexpertsinthisfield.Sofar,therehasnotbeenamaturetirewindingmathematicalmodel,instead,closedloopcontrolisusedtocheckwhethertheexpectedsettingthicknessparameterisachieved,inordertoreachthepurposeofprofiling.Thiscontrolmethodisvulnerabletooutsideinterference,resultinginlowcontrolaccuracywhichaffectstheprofilingeffectandlowresponseratewhichcannotachievethepurposeofrapidwindingpaste.Thus,inordertoimprovetheabovewindingcontrolsystem,thepaperdesignsfromtwoways,optimizationandmodeling,andcompletesthefollowingwork:Thepaperanalyzestherapidi