全自动锂电池电芯卷绕机张力与纠偏控制关键技术研究

摘要

张力控制和纠偏控制是锂离子电池卷绕最关键的技术之一,张力控制与纠偏控制的效果直接影响到锂电池产品的质量。本文以三工位锂电池电芯卷绕机为载体,探讨了锂电池卷绕的工艺、张力和纠偏控制方案。从方型卷针的张力波动机理入手,分析了其卷绕的动态过程,提出了变角速度恒线速度控制方法,建立了恒线速度模型,并提出了具体的控制方案实现上述模型。分析了纠偏的原理,提出并研究了纠偏系统控制方案。
　　详细介绍了锂电池的卷绕工艺及其卷绕设备,研究了锂电池的生产工艺以及卷绕工艺的特点,明确了设备研发的技术要求,阐述了设备主要的工艺流程并提出了张力与纠偏控制的总体方案。分析了设备的功能需求,对比传统控制方案,并根据需求选定了最优方案,搭建了控制系统硬件平台并对硬件平台的元件进行了分析和选型,规划了软件的模块,利用TwinCAT软件平台实现了主程序以及相应的子程序。
　　重点对张力波动原理进行了分析,建立了方型卷针收卷的动态模型。根据动态模型的恒线速度卷绕结论,利用TwinCAT的电子凸轮模块来拟合恒线速度变角速度曲线,实现卷绕电机的恒线速度控制。研究了张力控制的原理,采用全闭环张力控制策略,编写软件实现了张力控制系统的运动控制,设计了人机界面。通过搭建实验平台,实测张力数据,验证了本文中提出的恒线速度卷绕控制方案的有效性。
　　对偏移产生的原因、纠偏检测和控制原理也进行了研究,设计了主要的纠偏机构,计算了以交流同步伺服系统为核心部件的纠偏控制系统的传递函数,并建立了纠偏控制系统的仿真模型,最后在TwinCAT软件平台下编写程序实现增量型PID纠偏控制算法及自动控制。

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目录

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究的目的及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 主要研究内容

2 锂电池卷绕工艺和设备介绍

2.1 锂电池及卷绕工艺特点

2.2 全自动锂电池电芯卷绕机设备构成

2.3 张力控制方案

2.4 纠偏控制方案

2.5 本章小结

3 锂电池卷绕机控制系统方案

3.1 控制系统功能需求

3.2 控制系统方案选型

3.3 控制系统方案设计

3.4 控制系统软件设计

3.5 本章小结

4 张力控制方案的设计与实现

4.1 张力波动机理分析

4.2 电子凸轮简介

4.3 张力控制软件设计

4.4 实验分析

4.5 本章小结

5 纠偏控制方案的设计与实现

5.1 纠偏机理研究

5.2 纠偏装置介绍

5.3 纠偏控制系统设计

5.4 纠偏控制系统软件设计

5.5 本章小结

6 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士期间发表的学术论文