基于DSP的自动铺丝机张力控制系统开发

摘要

复合材料具有许多传统材料无法比拟的优点,在航空领域得到广泛的应用,尤其在大型飞机制造中发挥出越来越大的作用。纤维铺放技术作为复合材料成型工艺中的一项重要的工艺方法,得到了广泛的应用。自动铺丝机床是实现纤维铺放工艺的关键装备,是提升航空工业复合材料成型自动化水平的重要支撑。而张力控制器是自动铺丝机床中极其重要的组成部件,纤维张力直接影响着产品的质量,是纤维铺放工艺中的重要参数。
　　本文提出了一套以DSP为主控单元,空压制动器和低摩擦气缸为执行元件,直线位移传感器为反馈元件,张力传感器作为检测元件的闭环张力控制系统总体技术方案。以PC机作为上位机,以DSP作为下位机,采用上下位机模式构建了一套完整的自动铺丝机张力控制系统。
　　首先,对张力控制系统的机械结构进行了设计,绘制了张力器零件图和装配图,完成了机械系统的加工与装配。针对所提出的张力系统总体方案,采用Matlab进行了控制系统建模。通过理论分析和仿真,得到系统的稳态性能指标及稳态误差,并进一步研究了引入PID控制环节后系统的动态特性。
　　其次,根据张力控制系统的总体方案,完成了控制系统的软硬件设计。硬件部分主要设计了DSP为控制核心的硬件电路,包含有DSP最小系统,串口通信电路,A/D转换电路,D/A转换电路,光电隔离及波形整形电路等。软件方面,采用模块化设计思想,灵活运用DSP内部中断,编写了控制器程序,提高了程序的可读性。另外,还开发了上位机控制软件,用来向下位机发送控制参数及控制命令,并能够显示直线位移传感器反馈的位移量及张力传感器传送的张力值的变化曲线。
　　最后,搭建了张力控制系统的实验平台,并对张力控制系统进行了大量的稳态和动态的测试。实验结果表明,该张力控制系统能够在平稳状态及各种扰动速度下输出较为稳定的张力,张力的波动量较为稳定,最大波动量为1.9N,基本达到了课题预期目标。

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第1章 绪 论

1.1课题来源与背景

1.2纤维张力控制系统研究现状

1.3本课题研究的主要内容

第2章 张力控制系统总体方案设计

2.1张力控制系统总体方案

2.2张力控制系统主要组成部件

2.3本章小结

第3章 张力控制系统的原理

3.1控制系统数学模型的建立

3.2 PID控制算法的研究

3.3本章小结

第4章 控制系统设计

4.1控制系统硬件设计

4.2控制系统软件编写

4.3本章小结

第5章 张力控制系统的实验研究

5.1 张力控制系统各元件标定

5.2张力控制系统性能测试

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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