張力控制試驗平臺及監(jiān)測系統(tǒng)的研究
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外部數(shù)據(jù)RAM主要用來進行外部仿真調(diào)試用。掉電保護RAM主要用來存放系統(tǒng)需要存儲的一些重要參數(shù)。另外，張力控制器板上還有脈沖編碼四倍頻電路、故障診斷及保護電路、外部擴展接口、RS232通訊接口等電路。
2.2.3轉(zhuǎn)矩采集卡
系統(tǒng)采用PI900轉(zhuǎn)矩采集卡對開卷伺服電機的轉(zhuǎn)矩進行測量，其最小采樣間隔為10 ms。使用時將采集卡插入工控機ISA插槽，并分別將3塊卡的I/O地址配置為300H～31FH、340H～35FH 和380H～39FH，中斷號配置為IRQ10、IRQ11和IRQ12。
2.2.4差動電容式傳感器［2］
差動電容式傳感器是張力測試裝置的核心器件，其工作原理如圖3所示。在張力為零時，初始極距δ1=δ2，S=δ1+δ2；當被控對象張力作用于導向輪上時，動極片上下移動，距離發(fā)生變化Δδ，電容量也相應發(fā)生變化ΔC，其相對變化量為ΔC/C，當距離的變化量Δδ很小時，可以認為電容的變化量ΔC與Δδ近似成線性關系。該距離變化量通過圖3b所示的電橋電路轉(zhuǎn)換為電量，再經(jīng)后面的配套裝置處理，顯示或記錄被控對象張力。
數(shù)據(jù)監(jiān)測、分析軟件可為試驗者提供簡單快捷的數(shù)據(jù)分析工具，以及實時及歷史數(shù)據(jù)曲線，系統(tǒng)所使用的應用程序主要包括：監(jiān)控圖形系統(tǒng)、故障信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)、報表系統(tǒng)等。
實驗者可以利用數(shù)據(jù)分析和處理軟件對實時采集的數(shù)據(jù)進行分析，對控制策略進行評定，進一步優(yōu)化控制策略、改變控制環(huán)節(jié)參數(shù)以獲得不同的實驗結(jié)果。
3 張力控制策略及試驗
3.1張力控制原理
如圖1所示，張力控制系統(tǒng)采用三反饋環(huán)的交流伺服控制結(jié)構，其分別為伺服電機的速度環(huán)、位置環(huán)和張力閉環(huán)。
下面對張力反饋環(huán)作進一步分析：浮動輥、汽缸、固定輥及精密電容式張力傳感器構成張力 檢測系統(tǒng)。如圖1所示，浮動輥安裝在可沿A點作上下擺動的懸臂上，懸臂與汽缸相連。當設定開卷張力參數(shù)后，控制器給出電信號至電氣壓力轉(zhuǎn)換器（E/P），由其提供一定壓力的壓縮空氣到汽缸，產(chǎn)生向上支撐力，把浮動輥推向下方，張緊薄膜，完成開卷張力的設定。
當由于某種原因（開卷軸直徑變化、被控對象材料不均、材料的彈性塑性變形、擾動等因素影響）開卷和收卷電機速度不同步時，浮動輥在汽缸的作用下，向上方或下方移動，浮動輥的上下擺動使得精密電容式張力傳感器（如圖3b所示）的動極片跟著上下滑動，因此，從電容器輸出端的電壓信號發(fā)生變化，反饋電壓和設定電壓值比較后，張力控制器改變輸出脈沖的頻率，從而使開卷伺服電機速度發(fā)生相應的變化，維持張力的恒定，使得生產(chǎn)得以順利進行。
3.2張力控制策略及實現(xiàn)
試驗平臺上可完成多種復雜張力控制算法（神經(jīng)網(wǎng)絡、進化算法、模糊理論、DNA生物軟計算等）的研究。文中采用基于單神經(jīng)元的自適應PID控制算法［5］進行試驗。
單神經(jīng)元自適應PID控制器結(jié)構框圖如圖4所示。圖中轉(zhuǎn)換器的輸入為張力設定值r（k）和實測值y(k)，輸出為神經(jīng)元學習控制所需要的狀態(tài)量x1、x2、x3。神經(jīng)元PID控制器的輸出為：
在單神經(jīng)元控制器中引入輸出誤差平方的二次型性能指標J，通過修改神經(jīng)元控制器的加權系數(shù)wi（k），使性能指標趨于最小，從而實現(xiàn)自適應PID的最優(yōu)控制。
設二次型性能指標函數(shù)為：
對上述算法進行規(guī)范整理后，可得學習算法如下：
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