毕业设计

（英文资料翻译）

英文题目： 1.Variable Tension Control for Discontinuous Tape

Winding of Composites Based on Constant

Extension Ratio

2.Development of PLC-based Tension Control

System

中文译文

基于恒延伸率不连续复合绕组的张力控制

摘要：不连续带绕组，大延长比具有明显优势的绕组在复合材料的成型中得到广泛应用。因此，对工艺参数的研究成为许多学者研究的重点。然而，如何实现变张力控制通常没有充分考虑。因此，该恒定延伸率和卷绕过程的平滑度不能保证。

针对张力控制问题，本文首先给出了一个较为深入的研究对控制方法和张力，作用机理的延伸率，自动圈和自动化抽动矫正。然后，根据卷绕过程的特点，分别建立了机械装置和张力控制系统的数学模型。针对PID控制的特点辊和模糊控制器，模糊自校正控制器的设计。其结果是，在卷绕和研磨过程中实现的可变张力控制，并保证恒定延伸率。最后，一个示例应用程序的演示。通过连续缠绕变张力控制技术，实现了带恒延伸率、连续性和缠绕过程的自动化程度也提高。因此，伤口产品的质量得到保证。

1. 引言

根据绕组带的不同，可分为连续带绕组和不连续带绕组。预浸胶中的线切割和缝纫连接在连续卷绕过程中的处理。然而，直带只具有微弹性变形，所以无法实现大扩展比（延伸率：宽比之间的比值磁带变形和磁带变形前的宽度。）在不连续卷绕过程中，采用预浸渍处理的斜截带。由于连接没有缝纫，斜纹磁带可以很容易地实现大变形。因此，可以实现大扩展比。与连续磁带绕组相比，不连续钽聚乙烯绕组更灵活。它可以满足各种绕组的技术要求。在一些研究中，提出了一套适合于机械装置和控制方法的研究。为了拒绝张力障碍，由于辊形状在SHIN， et al中提出了一种自适应的偏心估计和偏心补偿方法。在NORBERT， et al中采用了一种基于现有的机外涂布机的回答是否在现代造纸机械使用负载细胞或辊调节系统问题的计算机模型，考虑稳定性该系统和动态响应性。系统摩擦或转动惯量可以引起一个问题，如果速度和/或它的变化是高的网络张力估计问题。LIN， et al，在系统启动过程中，提出了基于摩擦和惯性补偿的观测器反馈控制器。KNITTEL， et al提出了多变量鲁棒控制与两自由度和增益调度减少张力与速度之间的耦合。 IMAMURA， et al，建立了卷绕张力实时控制的纤维缠绕系统。他提出了一种用比例积分微分法或是用比例积分微分法的绕组张力控制方法.REN， et al，设计了一种新型的闭环张力控制系统，采用可编程序控制器作为主控制器，工控机为上位机，交流数字伺服电机和气缸作为执行器，配有角度传感器的张力变化的方式实时反馈。SCHOLLIERS， et al开发一个机器人带缠绕细胞，他们产生了一个离线的机器人程序，从数据的光纤路径，并使用启发式方法，以避免碰撞。

SONG， et al，提出了一种新的算法来控制速度和张力的跨系统。带钢张力控制由无拉力传感器的卷辊的负载转矩的连续平衡控制。SAKAMOTO， et al， 描述了一种用于实验张力控制系统的数学处理和仿真。模拟执行的模型，其中有皮控制器，以澄清的物理和的EE的数学模型的有效性。HUSSIAN， et al，提出了一种利用遗传规划方法对绕组过程动力学建模的新方法，并与传统建模方法进行了比较。然而，上述研究并没有充分考虑张力控制的磁带性能。为了提高张力控制精度和响应速度，磁带正确关系（如连续带或不连续带）应考虑在内。在本文中，张力控制的影响，引起的磁带性能和绕组的过程中，进行了讨论，和提出了控制方法。本文的其余部分组织如下。2节分析了技术难点和机械装置。硬件结构和张力控制系统的数学模型分别在第3节描述。第4节提出了一种模糊自校正控制器，实现了恒延比和自动搭接。证明的有效性的建议SED的方法，进行了实验，结果在5节中讨论。最后，在第6节，结论和进一步的作品。

1. 绕组过程分析

在连续缠绕工艺，影响缠绕制品的质量的关键因素是卷绕张力，延伸率，重叠量（重叠量：重叠部分的长度的时候两个磁带是研磨的，自动的一圈和自动校正。卷绕张力是指在预浸带上进行一定的拉力操作。一方面，张力可以使磁带使它们均匀地承受载荷。另一方面，它消除气泡，并使层间的磁带粘合剂，增加压力。其结果是，提高了伤口的密度和树脂浸润的效果。此外，所需的变形，实现和保证所需的延伸率。这个张力的存在有利于绕组过程的实现。然而，过多的紧张或不稳定的张力控制，会导致磁带的快速变形。因此，常延大鼠无法保证伤口产品的质量和质量。自动重合和自动纠偏，是指在预定的轨道下不断地传送带相同的重叠量的情况下，每一个磁带。总之，它意味着传输，重叠和整改完成自动控制系统的机械结构和控制系统。自动立圈使整个绕线过程一致，实现了不连续带绕组的自动化。自动纠偏直接影响到塔的自动搭接和轴向位移绕着轴的聚乙烯。伤口产物的平滑度和密度是由以下2个因素决定的：重叠体积的大小和体积是否是恒定的。

2.1技术难点

在不连续的磁带卷制过程中，有以下几个技术难点：张力控制、重叠量控制、扩展比例控制和自动控制采用精密张力控制的延伸率来确定卷绕产品的密度和厚度。反过来，张力控制的精度直接影响由绕组张力，自动圈和自动整流。特别是，由于搭接接头的厚度增加，应增加绕组的张力，保证一个常数延伸率。然而，胶联组合只能承受相对较小的张力，从而导致绕组张力降低。因此多变量和变参数的张力控制是实现不连续带绕组自动化的关键技术。

2.2机械装置

机械装置，实现不连续的带绕组，称为绕线车。根据功能的不同，蜿蜒的车辆分为四个部分：张力机构（力矩电机R和卷绕头）、传动机构（步进电机、输送带、同步带、导杆、光电开关），搭接机构（电磁铁和夹紧装置）和整改机制ISM（辊、滚筒和导向槽）。SDC 5002 000数控布带缠绕机的机械装置，如图1所示。主要技术参数见表1。

图1数控绕线机的机械装置

表1 SDC 5002 000数控布带缠绕机主要技术参数

3张力控制数学模型的建立

确保恒延比是卷绕过程中张力控制的目标。张力分析是必要的。通过建立合理的张力控制系统模型在本质上的张力产生可以理解，并制定控制策略。最后，在绕组的过程中，可以实现可变张力和恒定延伸率控制。下面将建立张力控制系统的数学模型。

3.1张力控制系统的硬件结构

张力控制系统主要由以下机构组成：张力传感器、张力控制器、测功机、力矩电机和工控机。耦合研究可以预加载磁带的缸一定压力。力矩电机驱动绞盘旋转，使磁带卷绕头的线速度V1。轴与主轴一起旋转。根据卷绕点的芯轴半径的不同，采用数控系统调节主轴转速，实现恒速控制。因此，胶带包裹在芯轴上的线AR速度V2。它不会改变的变化的芯轴半径（图2）。通过控制芯棒速度，绞盘的速度和辊的压力，V1可以小于V2在同一方向上，产生张力和延伸率。当卷绕头拉时，由固定支架传递拉力传感器，导致张力传感器变形。然后实际的张力值可以被测量和发送回张力控制器。

图2 张力控制系统示意图

3.2张力控制系统的数学模型

王先生在硕士学位论文中建立了张力控制的数学模型。研究了线速差对张力控制的影响。建模应用程序本文改编自王的研究方法。如图3所示，卷绕头出口与心轴之间的磁带长度L带的线速度在卷绕头出口V1，B正在由力矩马达速度确定。磁带的线性速度绕在心轴V2，由主轴转速的确定。

图3张力产生示意图

让一个和一个的横截面面积的磁带和磁带的弹性模量，然后

（1）

在卷绕过程中的张力，表示应力，由张力引起。让是应变，由上述应力引起的，那么 （2）

让是磁带的绝对变形，是由张力造成的

（3）

在后期，相应的张力、压力应变和绝对变形分别为 rsquo;， rsquo;， rsquo;， 和 rsquo;.

（4）

（5）

（6）

（7）

根据方程（3）和（7），可以表示为

（8）

由于，方程（8）可简化为

（9）

让是速度变化引起的形变

（10）

根据方程（9）和（10），可以表示为

（11）

基于式（2），有

（12）

代入式（12）代入式（11），然后

（13）

在双方积分方程（13），然后

（14）

代入式（14）代入式（1），然后

（15）

在式（15），张力F有关的线速度差。在卷绕过程中，通过调节主轴转速来实现恒速控制。因此，恒速是保证胶带包裹在芯轴。力矩马达转速的变化适当根据缠绕工艺的要求，导致变化。作为一个结果，线速度和张力F保持恒定时，力矩马达的速度保持一致。同样，线速度变化为力矩电机速度，导致张力和延伸率的变化。

4实现恒延比、变张力和自动搭接

张力在正常绕组和重叠的交替过程中不断发生变化。其结果是，在该过程中，长度和延伸率的变化，影响自动卷和自动校正的质量。然而，重叠和整改的质量直接影响张力和延伸率控制。因此，不连续的卷带是一个时变系统的多变量、变参数。影响伤口产品质量的关键因素是物理参数的大小和合理的匹配。

4.1常数延伸率

实验表明，在预浸渍处理的斜纹带延伸率受以下因素的影响：大小、力、时间、环境温度、胶含量、等。对于同一批次的磁带，环境温度和胶水含量通常是确定的。因此，延伸率只与拉力和受力时间有关（图4）。由于F1gt;F2gt;F3，显然，张力越大，极限延伸率越快达到。

图4 拉伸比、拉伸和时间之间的关系

磁带卷在被拉时保持不变。然而，磁带的厚度变化一点点，这可以忽略不计。其结果是，该磁带的表面面积也保持不变之前和之后被拉。如上所述，卷绕头出水和心轴之间长度的磁带是，在长度方向的绝对变形，然后，长度变形前的。

为磁带宽度。让在宽度方向的绝对变形。变形前的宽度为，和扩展比可以表示为

（16）

基于胶带表面面积的关系，在变形前后保持不变

（17）

根据方程（1）–（3）和（17），延伸率和张力之间的关系可以表示作为

（18）

基于式（18）和技术实验，当按绕组工艺要求的确定恒延伸率的控制可通过调节V1实现。对于斜纹带预浸渍处理，当张力保持在150-200，延伸率可能介于0.5和0.8之间。

4.2变张力控制和自动搭接

根据不连续带绕组的具体特性，重叠过程的张力应该比正常绕组的张力要小的过程。该关节只能承受相对较小的张力。如果重叠过程的张力太大，接头将断开，绕组不能满足。因此，不连续带绕组的张力控制是一种变张力控制。在正常的卷绕过程中保持恒定的张力。磁带研磨后，张力略有下降。研磨后，正常的卷绕过程中的张力是必要的。技术实验表明，如果张力变化介于5%和10%之间，接头就不断开，而且相对较小的张力波动就可以实现。变张力控制的理论输入曲线如图5所示。

图5 变张力控制的理论输入曲线

在研磨时，张力控制器使转矩电机增加速度。然而，主轴转速保持不变。因此，线速度差V2，V1减小。可以看到从式（15），拉力F应适当减少。研磨后，力矩电机的速度减小，使张力恢复正常。基于上述分析，得到了张力控制系统的框图图6。

图6张力控制系统框图

在张力控制系统中，代表系统输入信号。两种不同的张力设定信号可以通过引入一个干扰实现：当光电开关状态为1，；当光电开关状态为0，。表明张力传感器反馈信号。代表和之间的差异。张力控制器调整后，转换和功率放大，作为控制信号，驱动力矩电机。通过调节力矩电机的速度、张力和延伸率可以达到控制。

4.3模糊自校正控制器的设计

由于成本低，结构简单的优点鲁棒性强，控制是最广泛的计算机控制系统中使用的调节律。然而，张力控制系

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