摘 要

随着汽车工业的发展，降低人力成本和提高产品质量愈来愈重要，而工字轮作为工业生产使用频率很高、且产品质控精确严格的一种工具，在工业领域应用非常广泛。也因其使用、更换频繁等特点，工字轮的翼缘容易产生形变具有不稳定性，因而设计一款工字轮的检测及缺陷校正的控制系统就很有必要。

当前国内工字轮校正机设备的研发应贴合高效经济、检验精度好、效率高等主题，本文利用大学所学的知识，针对生产过程中工字轮的检测指标及手段，提出了一种工字轮检测及校正机的设计理论，首先根据系统设计原理介绍系统的设备组成及硬件选型，并依据硬件的选型完成对控制系统的结构设计，之后再选用校正环节中的伺服电动机为控制对象进行数学建模分析，并在MATLAB/Simulink环境中将仿真模型与PID控制器串联进行仿真分析，通过仿真结果验证通过PID控制系统能够是校正器实现预期的校正功能。

关键字：工字轮、校正、MATLAB、伺服电动机

Abstract

With the development of automobile industry, it is getting more and more important to reduce labor costs and improve product quality. And the spool which is used very frequently in industrial production, has extremely precise and strict product quality requirements. Because of its characteristics of frequent use and replacement, the flange of spool is prone to deformation and instability So it is necessary to design a control system for the detection and defect correction of the spool.

At present, the research and development of domestic spool corrector equipment should be in line with the theme of high efficiency, economy, good inspection accuracy and high efficiency. In this paper, based on the knowledge learned in university and aiming at the detection indicators and means of spool in the production process, a design theory of spool detection and calibration machine is proposed. Firstly, according to the system design principle, the system equipment composition and hardware selection are introduced. And complete the structural design of the control system according to the selection of hardware. After that, the servo motor in the selection and correction process is used for the mathematical modeling analysis of the control object. Then in the MATLAB/Simulink environment, the simulation model is connected in series with the PID controller for simulation analysis. The simulation results show that the PID control system can be the calibrator to realize the expected calibration function.

Key word: spool，deformation correction，PID control system, MATLAB

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状说 2

1.3 主要研究内容 3

第2章 需求分析 4

2.1 工字轮的性能指标 4

2.2 市场需求 4

2.3 功能需求 4

2.4 性能需求 5

第3章 系统控制理论及建模 6

3.1 电机伺服驱动模型 6

3.2 PID控制原理 7

3.3 参数整定方法 8

3.4 本章小结 9

第4章 系统设计和选型 10

4.1 系统工作原理 10

4.2 硬件选型 10

4.2.1 电机的选择 10

4.2.2 PID控制器 11

4.2.3 传感器 12

4.2.4单片机 14

4.3 本章小结 15

第5章 检测及执行机构设计 16

5.1装夹与传动机构 16

5.2 检测机构 16

5.2.1 容栅传感器测距原理 16

5.2.2 容栅传感器调理电路 17

5.3校正机构 17

5.3.1 校正原理 17

5.3.2 电动缸伺服控制系统 18

5.4 本章小结 18

第6章 控制系统仿真 19

6.1 系统阶跃输入响应仿真 19

6.2 PID控制系统仿真 20

6.3 本章小结 22

第7章 总结与展望 23

参考文献 24

致谢 26

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

当今社会人们的消费水平和物质生活水平也日益提高，大量的机械类制造产品也开始进入我们的视线内，并且种类和功能也愈来愈多愈来愈丰富，给我们的日常生活带来了极大的生活便利和提高。然而随着社会生产力的飞速提高和知识体系日渐丰富之后，各种新型技术的研究和发展越来越快，产品更新的速度甚至超过了我们的适应时间，这使我们的生活中废旧机电产品出现的频率越来越高，同时也存在着许多旧型工件在新时代下极其容易损坏的问题，这些都给我们的自然环境带来了极大的压力。因而，减少废旧机电产品、回收校正损坏工件、减少资源浪费对我们当今社会具有很重大的现实意义。

随着越来越多新兴高科技技术的发展，我们可以利用这些新兴高科技技术，对废弃、损毁资源中还留有的可利用价值加以开发，减少大量失效、废弃机电产品对环境的污染，也可减缓产品的换新速度，减轻对自然资源使用的压力。以报废、损坏设备及其零部件的循环使用和反复利用为核心手段，使得原先被判断为损毁待废弃的设备或零部件重新恢复其尺寸、形状及性能，来达到缓解人与自然矛盾冲突的目的。

通常地说，机电产品零部件的损毁往往是造成机电产品失效的主要原因，而对诸如此类的损毁零部件进行检测，分析其质量参数，判断其失效的原因及呈现形式，分析校正的可行性和经济性，便可对该类零部件进行再制造加工校正，使之可以重新回到正常使用的环节，这在一定程度上能减少废旧机电产品的浪费。一般来讲，机电零部件在使用过程中的损毁有断裂失效、损伤失效等形式，也有随着使用时间的延长带来的形变、老化等原因。对于损毁机电零部件的修复研究，当前国内外已经有很多机构、组织进行了非常多的研究，回收利用技术也日渐成熟，然而对于工业生产过程中的变形零部件的校正方法则相对研究较少。