柔性膜非连续放卷系统张力控制建模、仿真及实验

摘要

在薄膜卷绕输送系统中,非连续放卷张力控制是一个极其重要的环节,其动力学模型不仅具有强耦合、多干扰等特点,频繁启停、加减速又增加了控制系统的复杂性。本文建立了多种张力控制机构、元件相关的非连续放卷张力控制模型,并通过仿真分析与实验研究,验证系统的控制效果。主要包括以下几个方面:
　　1.建立了非连续放卷张力模型,推导了张力波动与非连续加速度之间的线性关系模型;研究了放卷速度、卷径、圆度、偏心等因素对放卷张力稳定的影响。
　　2.在摆辊力学分析和张力波动与摆角之间的线性关系分析的基础上,提出了基于摆角反馈的闭环放卷张力控制方法。对比不同张力调节组件的浮辊机构,选择低摩擦气缸作为浮辊张力调节组件具有实时性好、调节精度高、双向调节等优点。
　　3.采用自适应PID控制算法,获得的放卷张力仿真曲线具有响应快、稳定性高、超调量小等特点,张力波动呈现明显的周期性。在同一加速度条件下,张力波动随卷径减小而增加;在同一卷径条件下,张力波动与加速度呈近似线性关系。以摆角作为反馈信号获得了摆辊张力控制方案的张力仿真曲线,虽响应时间较长,但张力波动较小,稳定性较高,说明摆辊机构能够有效抑制放卷过程张力波动。
　　4.基于柔性膜卷绕输送平台,开展了滑差轴、磁粉制动器、交流伺服电机放卷张力实验,结果表明交流伺服电机放卷张力控制效果较好,稳态张力一致性较高。实验验证了磁粉制动器放卷张力波动与加速度呈近似线性关系。放卷端分别添加摆辊机构、浮辊机构能有效抑制放卷张力波动,实验结果验证了所建动力学模型与仿真的有效性。
　　通过建模、分析与实验比较,本文提出了多种张力控制方案,尤以交流伺服电机和浮辊方案对非连续薄膜输送工况中的张力稳定控制效果为佳,已经在RFID标签制造系统装备中获得了实际应用。

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1 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题背景

1.3 放卷张力系统国内外研究现状

1.4 张力控制系统国内外研究现状

1.5 研究内容与章节安排

2 放卷张力控制系统建模

2.1 磁粉制动器放卷张力控制建模

2.2 张力稳定影响因素

2.3 摆辊张力控制建模

2.4 浮辊张力控制分析

2.5 本章小结

3 放卷张力控制模型仿真

3.1 放卷张力控制算法

3.3 磁粉制动器放卷张力控制仿真

3.4 摆辊张力控制仿真

3.5 本章小结

4 放卷张力控制实验与分析

4.1 薄膜R2R输送平台的搭建

4.2 张力控制主要执行元件选型

4.3 主要元器件标定

4.4 放卷张力稳定控制实验

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 未来展望

致谢

参考文献

附录1 硕士期间发表论文及申请专利目录