高速交叉铺网机运动建模与控制系统研究

摘要

随着非织造行业的飞速发展，高速交叉铺网机已经成为非织造材料生产的关键设备，而交叉铺网控制技术则直接影响整条非织造布生产线的生产质量和生产效率。国内交叉铺网技术，尤其是硬件控制技术借助高性能的集成运动控制器和伺服驱动产品的应用，已经得到很大的进步；而软件控制技术水平的进一步提高则基于对铺网机结构、各运动部件及运动关系作出更深入的分析研究，控制理论的正确应用和对集成运动控制器丰富的软件资源的充分消化掌握。
　　铺网过程中的上下小车电机、前帘电机、后帘电机和底帘电机的运动关系复杂，特别是换向过程中各电机加减速过程算法控制，建立一个正确合理的交叉铺网机运动学模型对我国交叉铺网控制技术进一步发展有很重要的意义。为了解决上述问题，我们对双帘夹持式铺网机结构模型进行简化，再对双帘夹持式铺网机结构、各运动部件运动状态和运动关系的进行深入分析，结合国外先进的铺网小车换向控制技术和S型加减速控制技术，优化各运动部件的速度曲线以提高纤网截面轮廓修整功能，从而建立一个新型的双帘夹持式铺网机运动学模型；最后借助Matlab曲线拟合得到各运动部件运动速度优化控制曲线方程并仿真验证其数学模型的正确性。
　　鉴于国内外高速交叉铺网机均采用5台伺服电机驱动，且5台电机的运动关系非常复杂，属于高精度、高动态响应多轴驱动设备，因此国外高端铺网机制造商均选用高性能的集成运动控制器作为控制系统硬件平台，再结合高速铺网的运动控制要求和工艺要求开发控制系统，以满足高速铺网机对控制系统的要求。本项目我们采用西门子公司针对复杂运动控制而推出的，集运动控制、逻辑控制及工艺控制功能于一身SIMOTION运动控制系统，其中SIMOTION D425是控制系统的核心部分，作为控制系统的大脑，对所有运动部件实现精确的速度和位置同步控制。交叉铺网机的工作目的，就是把从梳理机恒速过来的单层棉网，通过铺网小车A、储网小车B、前碳帘、后碳帘和输出帘5个输出轴按照设计好的CAM曲线运动，按照工艺要求铺出不同层数和厚度的棉网。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内相关研究现状

1.3 国外相关研究

1.4 本课题的意义及内容

第二章 双帘夹持式铺网机运动分析与建模仿真

2.1 非织造基本原理

2.2 机械铺网

2.3 双帘夹持式铺网机的机械传动原理与运动分析

2.4 铺网小车换向控制和S型加减速控制

2.5 运动优化建模与分析

2.6 本章小结

第三章 高速交叉铺网机控制系统的硬件设计

3.1 SIMOTION D运动控制系统概述

3.2 SINAMICS S120驱动器概述

3.3 西门子1FK7伺服电机简介

3.4 高速交叉铺网机控制系统的硬件选型

3.5 本章小结

第四章 高速交叉铺网机控制系统软件设计

4.1 SIMOTION工具软件SCOUT与SIMOTION同步操作介绍

4.2 高速交叉铺网机控制系统软件组成

4.3 系统组态

4.4 高速交叉铺网机控制系统的项目配置

4.5 编写程序并分配执行系统

4.6 本章小结

第五章 高速交叉铺网机控制系统的实验测试

5.1 实验方案设计

5.2 Trace跟踪曲线结果分析

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

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