钢铁行业发展的两大主题是绿色发展和智能制造。矫平机是钢铁行业产业链的常见设备,同时也是保证钢板质量的重要设备,主要应用于矫正各种规格的板材及剪切成块的板材。辊式矫平机是利用材料的“包辛格效应”,对板材进行多次正反弯曲,最终将其矫平。本文主要对辽宁省沈阳市某钢材物流配送中心的矫平剪板机组进行改造和升级。原有矫平剪板机组存在以下问题:受钢板厚度、走板速度、环境温度和操作工人熟练程度等制约,矫平精度和矫平质量不稳定;定尺剪切的精度不高,勉强能满足千分之二的误差;开卷、预矫、精矫、剪切、码垛等各部分独立控制,自动化程度低,影响工作效率和产能;在矫平过程中存在振动和噪声,特别是钢板厚度大于12mm时,振动和噪声更加严重。针对以上问题,本文主要完成了两方面工作,一方面对矫平机最主要部件——矫平辊进行设计计算和仿真分析,解决了矫平精度不稳定和存在振动、噪声的问题。另一方面基于触摸屏和PLC设计实现了矫平机控制系统,由原来的分散独立控制改为集中一体控制,提高了自动化程度,缩短了工作周期,改善了生产效率。因为矫平机控制系统具有时变性、大滞后和非线性的因素,本文设计的控制系统引入了模糊PID控制算法,定尺剪切的精度明显提高,误差可以控制在千分之一。本文具体研究内容如下:第一,提出了课题的研究意义;介绍了矫平机的国内外现状以及发展趋势;介绍了PID算法和模糊控制算法的国内外现状以及发展趋势。第二,分析了矫平机的生产工艺流程,对关键部件的结构和参数进行了说明;针对矫平机存在振动和噪声问题,以钢板材料、矫平曲率、接入强度和咬入条件为已知条件,对矫平辊进行了优化计算和仿真分析,完成了矫平辊的优化设计。第三,基于矫平机的生产工艺流程,完成了硬件的选型,设计了硬件结构图和电气接线图,设计了触摸屏界面和PLC程序流程图,绘制了I/O地址分配表,利用西门子STEP7软件编译了PLC控制程序。第四,对PID控制器的结构以及常用的离散化方法进行了说明,分析了PID参数整定的三种方法和不同的应用场合;研究了模糊控制算法,对其设计步骤进行了详细说明,完成了模糊控制器的设计。第五,引入了模糊PID算法来解决钢卷输送速度不稳定的问题,分析了模糊PID控制器的结构和工作原理;根据被控对象进行数学建模,得到了矫平机控制系统的传递函数;设计了一款新的模糊PID控制器,离线计算得出模糊控制规则表,能够完成离线计算在线查表的功能;使用MATLAB软件对常规PID控制器和模糊PID控制器进行了仿真分析,仿真结果表明本文设计的模糊PID控制器动态调节时间短,超调量小,鲁棒性好,性能优。