纤维铺缠设备中张力控制器及张力测试台研究

摘要

张力控制是许多工业生产过程控制中的一个重要的组成环节，如造纸、印刷、纺织和轧制等，它对提高产品质量起着至关重要的作用。缠绕成型是复合纤维材料成型工艺中的常用方法，铺放技术是在缠绕技术基础上发展起来的新技术，弥补了缠绕不适合凹面或较大面积平面制品的缺陷。而纤维张力是复合材料缠绕和铺放成型中的一个重要参数，直接影响着制品的质量，因而张力控制是纤维缠绕和铺放工艺中的关键技术之一。
　　本课题采用了以可编程控制器（PLC）为主控制器，以计算机为上位机，以交流数字伺服电机为执行元件，张力传感器为反馈元件的张力闭环控制方案。对伺服电机的控制分别采用速度控制和转矩控制两种模式，其中速度控制模式通过开卷辊和芯模速度差的积分建立起纤维张力，转矩控制模式通过给开卷辊施加阻力矩建立起张力。
　　对两种控制方式的工作原理进行分析研究，并建立各组成部件的数学模型和系统的传递函数。分析系统对输入和扰动信号的响应，并用MATLAB软件中SIMULINK工具箱对控制系统进行仿真。对控制系统采用PID控制，对PID控制的作用进行了分析和仿真。
　　针对张力控制器的PID控制，开发了PLC的梯形图控制程序；根据张力设定输入、实时监控，以及实验中进行分析等需要，开发了VC上位机控制程序，通过上位机与PLC的串口通讯完成参数设定和查询数据功能，对数据进行实时处理，显示图形，计算控制性能指标，并对现场状况进行监控。
　　根据要求设计了用于张力控制和检测的张力测试台，完成了装配图、零件图的设计与张力测试台的安装、联机调试。利用张力测试台对两种控制模式进行张力控制的实验研究，分别调整系统各部件的相应参数，调整PID控制中的各参数，观察系统对输入信号和扰动信号的响应情况，计算控制的性能指标。通过实验，证明了两种控制模式的可行性。

目录

纤维铺缠设备中张力控制器及张力测试台研究

Research onTension Control System in Fiber Winding and Placement and Design of the Tension Test Platform

摘要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 纤维缠绕和铺放张力控制器研究现状

1.3 本文主要研究目的和研究内容

第2章 张力控制方案设计和张力测试台的搭建

2.1 张力控制方案的建立

2.2 张力测试台的设计

2.3 主要组成部件

2.4 本章小结

第3章 张力控制系统的原理

3.1速度方式控制张力的系统模型建立

3.2 转矩方式控制张力的系统模型建立

3.3 系统的PID控制

3.4 本章小结

第4章 张力控制系统的软件开发

4.1 PLC控制程序

4.2 上位机控制程序

4.3 本章小结

第5章 张力控制系统的实验研究

5.1 系统部件的标定

5.2 张力控制系统的联机调试

5.3速度控制方式控制实验

5.4 转矩控制方式控制实验

5.5 回纱控制

5.6 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢