柔性膜卷绕系统张力控制器的研究与设计

摘要

张力控制是柔性膜料，如纺织、印刷包装、铝箔等生产工艺的核心环节，直接影响着产品品质。随着我国轻工业的发展，对柔性膜卷绕张力控制器的设计提出了更严格的要求，即在提高张力控制器的稳定性和精度的同时，还必须扩大适用范围，提供丰富的功能等。就目前市场上的张力控制器而言，其功能不够丰富，适用范围有限，操作复杂，达不到用户所需要求。
　　本文旨在设计一款功能丰富、稳定性好、精度高的张力控制器，以适应不同的柔性膜料的控制需求。为了更好地实现各个功能，本文通过理论分析、合理简化的方式建立控制模型，继而推导卷径、卷速、锥度控制等各个子模块的数学模型。在此基础上，提出了硬件、软件的总体设计方案，再通过逐步细化的方法，在硬件上实现张力采样电路、测速电路，电压电流输出电路、LLC电源等功能模块电路，在软件上则引入μC/OS-II操作系统，以便于软件维护开发，并在一定程度上也增加了控制器的运行速度和安全性。软件设计上利用其多任务编程方式实现了自动控制(PID恒张控制、锥度控制)、手动控制、卷径卷速计算及双轴切换等功能。在收卷时，采用恒张力控制会造成卷筒指向中心的压力加大，靠近卷芯的地方被挤出产生皱褶，产生所谓的竹笋现象，所以要采用锥度控制，即卷径逐渐增大时，张力也要随之减少，本文也提供两种锥度控制的表达式。
　　测试结果表明各个功能模块运行稳定，张力调节过程响应速度快、超调小，调节完成后，监控界面显示稳定正常，测量张力无跳动或蠕动现象，符合设计要求。本张力控制器功能齐全，适用于大多数柔性材料张力控制的场合。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3研究内容及问题关键点

第2章 张力控制系统

2.1张力控制系统介绍

2.2张力控制模型分析

2.3张力数学模型分析

2.4本章小结

第3章 张力控制器的硬件设计

3.1张力控制器硬件设计方案

3.2张力控制器硬件设计

3.3本章小结

第4章 张力控制器的软件设计

4.1软件设计概要

4.2 嵌入式μC/OS-II操作系统

4.3基于μC/OS-II系统的软件设计

4.4本章小结

第5章 张力控制器测试与分析

5.1张力控制器介绍

5.2张力控制器的测试与分析

5.3本章小结

第6章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录