纤维缠绕张力控制系统研究

论文摘要

缠绕成型是纤维复合材料成型工艺中的常用方法,纤维缠绕张力是复合材料缠绕成型工艺中重要的控制参数,直接影响着缠绕制品的质量。张力控制是纤维缠绕工艺中的关键技术之一,合理的张力值能否得以准确和稳定地实施,取决于张力控制系统。本文主要工作包括:（1）设计了以工控机IPC+运动控制卡PMAC为控制核心、直流力矩电机为执行元件、摆杆式张力检测装置实时反馈纤维张力变化的闭环张力控制系统。（2）结合缠绕的实际工作状态,选择变速积分式数字PID作为张力的控制算法,并利用Matlab仿真环境对张力控制系统进行了仿真研究。（3）在分析张力控制软件设计思想和方法的基础上,建立张力控制软件的总体结构。其中张力控制系统数据采集与处理部分利用多线程、多媒体定时器、双缓冲区等技术以提高张力控制系统的实时性和可靠性。同时对Windows操作系统的实时处理能力进行研究。（4）在Windows平台下,编写后台管理程序,包括初始化模块、命令发送模块、断纱检测与报警模块、程序操作模块、历史数据显示模块、系统帮助模块等功能模块。通过调用PMAC的动态连接库PComm32中的函数,完成上、下位机间的通讯,实现友好的人机交互界面。（5）在完成对力矩电机和张力传感器标定基础上,通过实验,对张力控制系统的静差率和波动率两项主要性能指标进行分析,验证硬件的工作情况和系统性能。结合PMAC软件特征,提出一种全新的控制算法的实现方法。实验证明设计的张力控制系统基本满足所要求的性能指标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 纤维缠绕工艺
• 1.2 纤维缠绕机的发展及趋势
• 1.3 纤维缠绕成型工艺中张力控制的意义
• 1.4 张力控制器的发展
• 1.5 本文研究目的及研究内容
• 第二章 张力控制系统设计及其仿真
• 2.1 张力控制系统的总体方案
• 2.1.1 张力控制系统的构成
• 2.1.2 张力控制系统方案的建立
• 2.2 张力控制系统主要组成部件
• 2.2.1 PMAC 控制卡
• 2.2.2 力矩电机
• 2.2.3 PWM 功率放大器
• 2.2.4 摆杆式张力传感器
• 2.2.5 工业控制机
• 2.3 控制系统仿真
• 2.3.1 数学模型的确定
• 2.3.2 控制算法
• 2.3.3 Matlab 仿真分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 张力控制系统数据采集与处理
• 3.1 张力控制系统软件总体结构
• 3.2 数据采集与处理
• 3.2.1 采集方式的选择
• 3.2.2 多媒体定时器
• 3.2.3 多线程技术
• 3.2.4 动态数据存储
• 3.2.5 实时数据动态显示
• 3.3 本章小结
• 第四章 张力系统后台管理程序
• 4.1 后台管理软件功能分析
• 4.2 功能模块的实现
• 4.2.1 初始化模块
• 4.2.2 命令发送模块
• 4.2.3 断纱检测与报警模块
• 4.2.4 程序操作模块
• 4.2.5 历史数据显示模块
• 4.2.6 系统帮助模块
• 4.3 本章小结
• 第五章 张力控制系统的实验研究
• 5.1 实验平台的设计
• 5.2 标定
• 5.2.1 张力传感器的标定
• 5.2.2 力矩电机的标定
• 5.3 实验研究
• 5.3.1 关于M 变量的定义
• 5.3.2 控制算法实现
• 5.3.3 张力控制系统动态性能分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录