摘 要

张力控制技术在需要卷取技术像印刷，纤维，制纸，拉线等行业都有很的应用。并且张力控制是此类卷材型产品生产过程中十分重要的一环。近年，伴随着信息技术的发展，行业对张力控制系统的控制精度和稳定程度及功能有了更高程度的要求。而传统张力控制器存在着功能单一，性能不佳等缺点，国外大厂张力控制器价格昂贵，界面不提供中文，操作复杂。故方便好用稳定张力控制器的设计吸引了越来越多工程师的注意。

论文主要对张力控制系统系统进行了细致的研究。在对市面上受欢迎的张力控制器进行调研分析后，了解企业用户对张力控制器的功能需求，确定要做的功能模块。进行硬件设计以及软件设计。

本设计以STM32F103RCT6为核心控制CPU，有彩色液晶显示，简洁易上手的多层级菜单设计，采用高精度的放大电路及AD、DA转换电路，使用自适应PID算法提高系统响应速度。

最终结果证明，本次设计的张力控制器成功运行并实现预定功能，控制精度高，稳定性良好。

关键词：张力控制；功能需求；STM32F103RCT6；PID算法

Abstract

Tension control technology in the paper, printing, textile, film, plastic, wire and other industries have a wide range of applications. And tension control is such a coil type of production process is very important part. In recent years, along with the development of information technology, the industry on the tension control system control accuracy and stability and function has a higher degree of requirements. The traditional tension controller there is a single function, poor performance and other shortcomings, foreign manufacturers tension controller is expensive, the interface does not provide Chinese, the operation of complex. So easy to use stable tension controller design attracted more and more engineers attention.

The paper mainly studies the tension control system. In the market on the popular tension controller for research and analysis, to understand the business users of the tension controller function requirements, to determine the function modules to be done. Hardware design and software design. The design of the STM32F103RCT6 as the core control CPU, a color LCD display, simple and easy to use multi-level menu design, the use of high-precision amplifier circuit and AD, DA conversion circuit, the use of adaptive PID algorithm to improve the system response speed .

The ruing results show that the designed tension controller is successfully operated and achieves a predetermined function, with high control accuracy and good stability.

Key Words：Tension control；function requirements；STM32F103RCT6；PID algorithm

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.3目的与意义 2

1.4论文主要内容 2

第2章 张力控制系统整体分析 4

2.1 张力控制系统基本结构组成 4

2.1.1系统整体构成 4

2.1.2张力控制系统中张力分析 5

2.1.3张力控制系统检测机构 5

2.1.4张力控制系统执行机构 6

2.2张力控制方式 8

2.2.1手动张力控制 8

2.2.2半自动张力控制 8

2.2.3全自动张力控制 9

2.3本章小结 11

第3章 张力控制器硬件设计 12

3.1 张力控制器总体硬件设计 12

3.2 CPU模块设计 12

3.3输入模块设计 14

3.3.1数字输入模块设计 14

3.3.2模拟输入模块设计 15

3.4输出模块设计 16

3.4.1 LCD显示模块设计 16

3.4.2 PWM输出模块设计 18

3.5其他模块介绍 20

3.6本章小结 20

第4章 张力控制器软件设计 21

4.1张力控制器软件总体框架 21

4.2主要软件模块介绍 22

4.2.1 DA输出模块 22

4.2.2 AD采集模块 23

4.2.3 PWM输出模块 25

4.2.4多层级菜单设计 27

4.3 PID算法 30

4.3.1 PID控制原理 30

4.3.2积分分离PID控制算法 32

4.4本章小结 36

第5章 张力控制器调试 37

第6章 总结与展望 39

致谢 40

参考文献 41

第1章 绪论

1.1课题研究背景

所谓张力，便是线材或者带材外部轮廓的拉伸力。

在很多加工制造行业都需要去实现张力控制如保持张力的恒定或锥度控制以提高产能品的质量。在制纸，造皮革，拉纤维，织布，冶炼金属，包装，橡胶制造张力控制使用的更多地位更为重要。

在早期的工业控制中，张力控制并未受到高度重视，随着社会及科技的发展，为了满足相关加工工艺的需要，在现实生产中提升产品的合格率，张力控制相关技术才被逐渐重视起来。