高效全自动数控缠绕机的设计开发

随着新能源技术的不断发展,高压气瓶的生产需求日益增长,纤维缠绕成型技术则是生产高压气瓶过程中的一种关键技术.目前纤维缠绕技术在国内发展中依然面临着许多严峻的挑战,如由于有芯纱团自身原因导致纱线缠绕张力控制不均以及缠绕手腕运作时所需的驱动电机过多导致成本过高等问题.故该文以数控龙门式缠绕机为研究对象,设计了一种缠绕手腕装置,然后对纤维缠绕工艺进行优化,提出了一种往复式数控有芯纱团张力控制方法,并通过实验对龙门缠绕机器的性能进行验证.实验表明,经过改进后的缠绕机缠绕速度提升至150 m·min^(-1),缠绕小车运行速度提升至125 m·min^(-1).

基于张力补偿的变张力控制方法研究

针对回转体构件纤维缠绕过程中纱线由出纱机构缠绕到主轴上存在的摩擦阻力及悬纱长度的变化引起落纱点处纤维张力变化的问题,提出基于张力补偿的变张力控制方法。分析纱线以任意包角经过导辊前后的张力关系,并采取测地线的缠绕理论对出纱导丝头运动轨迹进行规划,获得出纱导丝头的运动轨迹方程;建立芯模缠绕数学模型,分析芯模缠绕过程中悬纱长度对张力变化的影响,获得在不同落纱点处的张力与出纱端需要提供的张力的关系,对悬纱长度变化引起的张力波动施加补偿,从而使落纱点处张力值恒定。进行了施加张力补偿的回转体纤维缠绕实验,缠绕实验结果表明,施加张力补偿后,缠绕张力更加稳定,验证了提出的基于张力补偿的变张力控制方法能有效抑制缠绕过程中张力的波动。

基于事件触发GrHDP碳纤维角联织机张力控制方法

针对碳纤维角联织机经纱张力控制中存在的张力控制精度低与通信网络资源受限问题,提出一种基于事件触发目标再现启发式动态规划(event-triggered goal representation heuristic dynamic programing,ET-GrHDP)的张力控制方法。首先,分析碳纤维织机的织造原理,构建张力系统控制模型。其次,在GrHDP算法的基础上,采用小波神经网络(wavelet neural network,WNN)设计评价网络,BP神经网络(back propagation neural network,BPNN)设计执行网路和目标网络,以增强GrHDP近似最优控制的能力,同时引入事件触发机制,实现小波GrHDP张力控制器仅在事件触发时刻更新控制信号。最后,使用MATLAB软件对张力系统进行仿真控制实验。与经典GrHDP张力控制相比,所提控制策略在系统状态跟踪响应时间上缩短近22.9%,送经、卷取线速度均无超调量,张力超调量为1.8%,且抗干扰能力强,提高了张力系统的控制性能。在事件触发机制下,张力控制器降低近84%的计算次数,有效减少了通信资源的浪费。

玻纤织机收卷张力控制研究综述

归纳了近年来张力控制研究的关键问题,重点从收卷张力的研究、出现张力波动的原因、张力模型的建立等3个方面进行阐述,并介绍了影响因素及改善方法。并在此基础之上,对玻纤收卷张力的下一步研究方向提出了建议。该类织物在收卷过程中的张力控制尤为重要,并且因其强度高、不易腐蚀,而且耐磨性、耐高温,绝缘性较好,而得到广泛应用。

一种新型自动铺丝张力控制系统的研制

自动铺丝是一种重要的复合材料自动化成型工艺,而张力是影响自动铺丝制品质量的重要工艺参数。本文提出了一种以DSP为控制系统核心,以空压制动器以及气缸作为执行元件,以直线位移传感器作为反馈元件的新型张力控制系统,建立了张力控制的数学模型,搭建了软硬件实验平台。基于该平台,分别开展了恒张力、张力阶跃和速度阶跃的实验研究。实验结果表明,所设计的张力控制系统响应快,张力动态波动率小,可以满足自动铺丝张力控制的要求。

速度差间接张力控制系统的建模与研究

针对光纤环缠绕过程中对张力控制系统恒定小张力、调整时间短、响应快的特点,基于速度差控制张力的原理,建立了以工业控制计算机和可编程多轴运动控制器为控制核心,交流伺服电机为执行元件的间接张力控制系统.并对精密张力控制系统及控制方法进行了分析,建立了PID控制器的闭环张力控制系统数学模型,对张力控制系统进行仿真实验,分析了控制方案的可行性.仿真实验表明,PID控制器在张力控制系统中响应速度较快,超调小,随着时间增加,系统稳态误差接近零,能满足光纤陀螺缠绕机对恒定小张力的要求,为张力控制系统的分析与研究提供了必要的理论依据.

光纤缠绕张力控制系统模型建立

鉴于光纤缠绕的特殊要求,设计了专门用于光纤的张力控制系统,为了满足高精密的张力控制,建立了系统中各个部分更为精确的数学模型,其中包括光纤张力、张力检测、控制电机、缠绕运动和张力传感器的数学模型,在此基础上,建立了整个张力控制系统不同性能的数学模型。

光纤环绕制中张力控制与高精度排线的研究

针对光纤环各类绕制方式对温度变化抑制能力的研究,得到四级对称绕制设备的具体要求。目前的光纤环绕制设备与其进行比较后,发现主要有以下缺陷:绕制过程中张力控制波动大、排线精度比较低和绕制设备的自动化程度不完全。对光纤环绕制设备的进行改进:首先,建立供纤轮与绕纤轮之间速度差的数学模型;并经过仿真得到换光纤层绕制时必须改变供线轮的转速以保证张力的基本范围;而且使用舞蹈轮微控设备实现张力波动小范围控制。其次,采用光纤绕制检测设备实时检测光纤排线性能;并确定合适的滞后角度以实现高精度排线。最后,采用一从两主的电机控制方法实现光纤绕制设备的自动绕制。经过实验验证:该张力控制方法可以实现不同层光纤张力的高精度控制,而采用该排线方式也可以完全实现高精度排线的自动化。

光纤环绕制过程振动影响分析

介绍了光纤陀螺光纤环的绕制原理,建立了光纤张力系统的力学模型和振动模型,通过分析建立了光纤张力的动态方程和振动特性方程,同时分析了光纤绕制振动对光纤陀螺精度的影响,并对其影响进行了仿真计算,结果表明影响陀螺精度的光纤环绕制振动因素有振幅、频率比、阻尼比,其中振幅大小与影响程度成线性关系;而阻尼的存在则降低了振动造成的影响,当阻尼比小于0.5时,频率比的影响才能体现出来;当频率比接近1时,阻尼比的影响较为明显。通过各参数之间的组合可以有效降低绕制振动带来的影响,对光纤环的绕制具有一定的指导作用。

纤维缠绕张力控制系统的设计

针对纤维缠绕时保持恒张力的要求和传统张力控制中存在张力波动大的特点,在分析摆杆式张力控制器基础上,建立其数学模型;并验证了以模糊控制结合变速积分PID为控制方式的可行性。分别进行了以传统PID与模糊变速PID为控制方式的缠绕实验,实验表明,将模糊控制与变速积分PID相结合的控制方式应用于张力控制系统,性能优于传统PID控制,对参数的变化具有较高的适应性。能解决纤维缠绕时的张力波动大,断纱,回纱速度慢等问题。

数控纤维缠绕机精密张力控制系统

主要论述了数控纤维缠绕机张力控制系统的设计原理、基本构成及其实现方法。在建立数学模型、研究力矩电机的工作原理、探讨PID控制算法的基础上分析了控制方案的可行性 ,并对张力传感器和力矩电机的标定方法以及主要性能指标 (静差率和波动率 )进行了分析。

复合张力模糊控制系统设计

张力控制是光纤弹性材料缠绕工艺中的一项关键技术,它直接影响到缠绕制品的质量,因此提出一种基于线速度差张力产生原理、交流伺服电机和微特直流力矩电机为施力机构的复合张力控制系统总体方案,实现对张力的精密控制;在对复合张力控制系统进行了建模分析基础上,模拟真实光纤环缠绕环境,采用模糊控制策略,仿真验证了复合张力控制系统的控制效果,表明复合张力模糊控制系统具有响应快、超调量小及精度高的优点。

一种新型大张力纤维缠绕控制系统的研制

简述了大张力控制的总体方案,提出了一种以磁粉制动器为执行元件,用张力传感器作为对纤维丝束进行张力实时检测的反馈元件,运用张力分配方案对张力进行调整的闭环控制系统,建立了张力控制的数学模型,搭建了软件实验平台。基于该平台,分别进行了恒张力、大张力阶跃的实验研究。实验结果表明,所设计的张力控制系统响应速度快,张力波动小,满足纤维缠绕大张力控制的要求。

高精度光纤张力控制系统的设计与改进

针对现有一套光纤张力控制系统进行改进设计,使其张力控制误差从±0.0147 N左右减少到±0.0049 N之内,以满足高品质光纤环生产工艺要求。首先分析原系统存在的缺陷(即张力测量不准、系统抗干扰性差、控制策略不完善),然后改进张力测量机构,从而提高张力测量准确度,再通过大减速比的减速器提高系统的抗干扰能力,使控制系统具有良好的鲁棒性,最后重新设计电控系统,以基于ARM的STM32单片机为系统处理器,采用数字PID控制算法,同时设计单路板,以完善控制策略。

纤维铺放设备张力控制系统设计

针对纤维自动铺放设备中纤维张力控制要求和传统张力控制系统存在的问题,设计了重锤式张力控制系统。该系统将重锤作为张力控制缓冲环节,通过控制重锤位置间接控制张力。系统以运动控制器为控制核心,交流伺服电机为执行元件,激光位移传感器为检测元件。采用模糊PID作为重锤位置控制算法,以充分考虑重锤加速度对纤维张力的影响,避免张力波动。样机实验结果表明:该张力控制系统在有效避免铺放过程中的断线、松弛等问题的同时,其纤维张力的静差率和波动率均能满足工程实际要求。

复合材料自动铺丝张力测控系统的研究

介绍了一种复合材料预浸纱铺丝设备在铺丝时的张力测控系统,该系统可以同时对八个通道进行张力测量,利用张力传感器测量纤维的张力,通过控制联动阻尼放纱磁粉离合器的阻力矩控制丝的张力。同时介绍了系统的数学模型的建立、硬件、软件设计等。

变频调速技术在腈纶纺丝生产线上的应用

以腈纶纺丝生产线为应用背景,描述了腈纶纺丝生产线工艺要求、电控系统的结构以及控制上的技术特点,针对腈纶纺丝生产线控制过程中涉及的张力辊系统调节问题,介绍了在该生产线中采用闭环PID调节系统的理论依据和设计方法。在建立张力辊系统数学模型的基础上,通过MatLab仿真的方法验证了闭环调节系统设计工作在理论上的正确性。现场监控结果说明,该闭环系统设计方法在工程实践应用中具有可行性。

基于多丝束预浸铺放机构的恒张力控制技术研究

针对铺放过程的恒张力控制问题,介绍了一种多丝束预浸铺放设备的结构、组成及实现方法;选用宽度为3.2 mm的数根碳纤维丝束为原料,丝束带浸渍树脂胶液后在铺放头和芯模的协调下,从芯模的一端铺放到芯模的另一端;将模糊自整定PID控制技术应用到系统中,提出了双闭环控制方法;采用PLC、旋转编码器、张力传感器、FR93等组成的控制系统,实现了纤维丝束的全自动恒张力铺放。研究结果表明,该方法不仅能达到速度和张力的工艺要求,而且解决了系统受大惯性和干扰的影响,即保持模糊控制的灵活性,又具有PID控制的特点,铺放过程平稳、无离缝、工作可靠、故障率低。

基于静摩擦施力方法的纤维缠绕张力自动控制器研究(英文)

介绍了一种先进的纤维张力微机控制系统,该系统能实现缠绕过程中纤维张力的高精度自动控制.通过静摩擦力间接施力方式按照设定张力变化曲线施加和调整缠绕过程的张力,实现了对纤维低磨损下的大张力高精度控制.实际应用证明,该系统稳定可靠,控制性能良好,综合控制精度为±3%,最大可控张力达到纤维强度55%,在高性能民用、军用及航空航天等纤维缠绕制品生产领域具有广泛的应用前景.

化纤卷丝机变频控制器的设计

为了节能降耗、提高生产率和自动化水平,化纤卷丝机已广泛采用变频调速控制系统。在理论分析和仿真分析比较采用正弦脉宽调制(SPWM)和谐波注入脉宽调制(PWM)逆变器电动机传动系统中,基于逆变器开关损耗公式,设计和实现了一种开关损耗可计、额定功率250 W的化纤卷丝机变频调速控制器。采用增量积分分离式PID控制策略,实现了卷丝机吊杆升头平稳控制和运行中恒定张力控制,试验结果表明该卷丝机变频调速系统运行可靠,逆变器SPM模块的长期运行温升不超过50°C,可满足实际生产需要。