碳纤维多层角联织机张力控制策略研究

摘要

随着碳纤维材料的兴起，碳纤维立体织物及其复合材料形成了一个崭新的材料体系，以碳纤维织物为增强体的碳纤维复合材料作为21世纪新材料领域中最先进的高科技产品，以其优异的材料性能引起世界各国的关注，其中以碳纤维立体织物的制备技术最为热点，其中，机织方式以其高效率的生产方式，成为主要的研究方向，本文就以碳纤维角联织机为研究对象，对织机的张力控制进行了研究。
　　首先，分析了碳纤维多层角联织机五大系统对经纱张力变化的影响，系统张力的波动变化将直接影响到织物的材料性能，因此系统的张力分析是进行张力控制的首要任务，只有准确的把握影响纱线张力变化的主要诱因，才能有针对性的对张力变化进行有效的控制。
　　其次，将织机系统中的送经部分提取出来，以送经主轴为研究对象，建立起送经部分的张力控制模型，将非线性系统进行线性化处理，获得送经机构系统的传递函数，然后借助基于模糊论域的智能PID控制算法，对系统进行仿真，实现送经部分的张力的稳定控制。
　　再次，将织机系统中的卷取部分提取出来，以卷布辊为研究对象，建立薄层织物卷取部分的张力模型，在忽略了织轴上织物厚度变化的情况下，对系统进行线性化处理，建立卷取系统的传递函数，然后借助BP神经网络控制思想，对系统进行智能控制，最后通过仿真验证了该控制策略对卷取部分纱线张力控制的效果。
　　最后，将送经系统与卷取系统统一考虑，借助Matlab中的simulink工具箱搭建出了整机的张力控制模型，通过仿真对比分析并行控制，主从控制和耦合控制三种不同的协同控制方式的控制效果，并结合之前的智能控制算法，本文提出了适合于整机张力控制的基于模糊神经网络的交叉耦合控制策略，并借助Matlab的仿真分析，验证了织机在受到干扰和冲击状态下的系统稳定性。
　　本文通过借助在Matlab中的仿真分析，最终搭建出一套整机的协同控制模型，通过仿真对比得出，基于模糊神经网络的交叉耦合控制策略能够更好的实现整机张力的稳定和快速调节。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及研究意义

1．2 国内外相关课题研究现状

1．2．1 三维立体织机研究

1．2．2 织机张力控制研究

1．2．3 三维立体织机经纱张力控制研究

1．3 课题研究目的及研究内容

1．3．1 研究目的与意义

1．3．2 研究内容

第二章 碳纤维多层角联织机的纱线张力分析

2．1 经纱张力影响因素

2．2 经纱静态张力

2．3 经纱动态张力

2．3．1 送经和卷取系统引起的动态张力

2．3．2 开口系统引起的动态张力

2．3．3 打纬系统引起的动态张力

2．4 本章小结

第三章 送经系统的建模与仿真分析

3．1 送经部件纱线退绕模型的建立

3．1．1 织轴的动态转动惯量

3．1．2 经轴受力分析

3．1．3 模型简化

3．2 经纱张力控制方案设计

3．2．1 普通PID控制策略

3．2．2 模糊自整定PID控制

3．3 本章小结

第四章 卷取系统的建模与仿真

4．1 引言

4．2 卷取部件纱线退绕数学模型

4．2．1 辊轴的动态转动惯量

4．2．2 卷布辊受力分析

4．2．3 模型简化

4．3 织物张力控制方案设计

4．3．1 神经网络仿真概述

4．3．2 BP神经网络控制

4．3．3 BP神经网络算法

4．3．4 BP神经网络的设计

4．3．5 BP神经网络自学习PID控制

4．4 本章小结

第五章 整机的协同控制与仿真

5．1 引言

5．2 多系统协同控制方式

5．2．1 非耦合协同控制方式

5．2．2 耦合协同控制方式

5．3 基于智能控制算法的耦合协同控制

5．3．1 基于模糊-神经网络算法的协同控制

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

发表论文及科研情况

致谢