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竹材资源是我国的优势资源,利用我国丰富的竹材资源制造竹质定向刨花板(bamboo oriented strand board,BOSB),利国利民。用竹材制造OSB主要的难点和关键技术就是如何生产出满足于OSB工业化生产的竹刨花,其它的工艺和设备都可以借鉴木材OSB设备。本文在国家有关课题的支持下,对制造竹材刨花的关键设备BOSB刨片机的进给系统控制进行了研究和探索。 竹材不仅具有特殊的物理性质和化学成分,还具有特殊的材理机构,竹青和竹黄的存在以及中空的结构使得竹刨花的生产不能借用木刨花的生产设备和工艺。在总结和分析前人研究的基础上,我们将竹材进行截断分级的基础上开片去内隔,得到宽度比较相近的竹片,再将这些竹片按照一定的顺序进行定向组坯,使之能够按照一定方向规则的进入刨片机的刨切室。由于竹材的纤维排列,在刨切之前必须将符合长度要求的竹材作与纤维方向垂直的切割定长,然后顺着纤维方向进行刨切,得到需要的刨花;在此过程中,尽量减少碰撞,提高刨花的合格率。 竹刨花生产的关键在于竹材毛坯进给过程中的定向,只有良好的定向才能保证刨切时刨片机切割刀和分割刀按照我们需求的方向刨切。研究发现,刨片机进给系统的控制是整个竹材刨片控制系统的关键环节和主要难点。 BOSB刨片机由北京林机所和镇江中福马公司联合研制,本人参与了其中部分试制工作。BOSB刨片机的进给系统由板链输送机和重压装置组成,重压装置包括上重压和侧压两个部分,其中上重压又分为进料轻压和刨切重压两段压力。具体进给的过程是这样的:首先抬起上重压,收回侧压,由人工把准备好的竹毛坯按照要求规则地摆放在板链输送机的板链上;然后上重压和侧压同时动作压紧摆放好的竹毛坯,等待刨切指令;当开始刨切的指令下达后,侧压回缩,上重压变为进料轻压,板链输送机前进送料至刨切室送料停止;最后上重压变为刨切重压,侧压压紧开始刨切,直至下一个轮回。 BOSB的上重压装置由液压油缸驱动,是典型的液压伺服系统。压力装置的压力给定值是随着板链输送机运行状态的不同而变化的,压力段之间要求连续、稳定地过渡。压力装置的压力反馈回路控制过程,就是保证油缸输出的压力值与进给定向的压力给定值相等,它实质上是按偏差信号进行调节的控制器。进给过程对压力自动控制系统的要求是稳态精度高、动态范围宽、升压速度快,且超调小的压力过程控制。 BOSB刨片机进给控制系统的上重压装置是用两段不同压力进行压紧的,本文采用模糊自适应PID控制器对其进行控制。通过试验仿真得到了比较合适的压力控制曲线。模糊自适应PID控制器设计的关键是对量化因子和比例因子的调整。通过对二阶系统响应曲线的分析,引入人们经验中的“粗调”和“细调”,根据系统输入变量和ec的变化调整参数Ke,Kec和Ku。在模糊控制器中引入调整因子N,对Ke,Kec和Ku采用相反变化趋势的控制规则。通过仿真实验对模糊自适应PID控制器进行分析。结果显示,采用模糊自适应PID控制器,超调小,稳定时间短的控制效果,并对于模糊控制器的固有缺点系统有静差上,得到了明显的改善。其性能优于常规的模糊控制器。 最后,对BOSB刨片机进给系统的硬件电路做了设计,并用PLC实现了模糊自适应PID控制。在此基础上,我们研究了PLC现场通讯网络和PLC与上位机的通讯,对BOSB刨片机与现场其他工业设备之间和刨片机与工厂管理系统之间的联网做了尝试,实现基于PLC-IPC的网络自动化竹材刨片机进给控制系统。 本文主要完成了以上几个方面的研究,重点是BOSB刨片机进给系统的模糊自适应PID控制研究和仿真,基于PLC的BOSB刨片机进给控制系统的设计。首次将模糊自适应PID控制的思想引入竹材刨片机控制,为BOSB的刨花生产提供了一定的理论依据和研究经验。