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数控缠绕机张力装置通用控制器的研究

作　者: 贾明龙
导　师: 付云忠
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 数控缠绕机张力控制器 PIC单片机
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 32次
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内容摘要

张力控制是许多工业生产过程中一个重要的组成环节,它对提高产品质量起着至关重要的作用。纤维复合材料是一种新型材料,在性能方面可以弥补金属材料的很多缺陷,因而应用越来越广泛。缠绕成型是纤维复合材料成型工艺中的常用方法,而纤维缠绕张力是复合材料缠绕成型中的一个重要参数,直接影响着缠绕制品的质量,因而张力控制是纤维缠绕工艺中的关键技术之一。在纤维缠绕中,适当和平稳的张力可增强缠绕构件承受内压的能力,提高其抗疲劳特性。本文通过对复合材料的发展和应用的回顾,总结了国内外纤维缠绕技术及张力器的发展状况,在对张力系统工作原理进行分析和研究后,建立了以PIC16F877单片机为主要控制单元、对磁粉离合器、交流伺服电机两种方案进行通用控制的张力控制系统。该张力控制系统以PIC16F877单片机为主要控制单元,设计并调试了信号输入运算放大电路、光电隔离电路、PWM功率放大电路、主控制电路、USB通讯电路、键盘电路等硬件和A/D转换程序、USB通讯程序、单片机主控制程序等软件,并开发了张力控制系统的上位机实时控制程序。在对张力控制系统的各项参数进行调试和确定之后,对整个控制系统进行了控制精度、可靠性试验研究,证明了控制方案的可行性。并通过实验对两种张力控制方案的性能进行了比较。得出方案二优于方案一的结论。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题背景  9
  1.2 新型复合材料的产生和发展  9-10
  1.3 纤维缠绕工艺的特点  10-12
  1.4 纤维缠绕中张力控制的意义  12
  1.5 纤维缠绕张力控制器的发展及研究现状  12-15
    1.5.1 张力控制器的发展历史  12-13
    1.5.2 张力控制器的国内外研究现状  13-14
    1.5.3 张力控制器的发展趋势  14-15
  1.6 课题来源  15
  1.7 本文主要研究内容  15-16
第2章张力控制系统的工作原理  16-26
  2.1 张力控制系统的组成  16
  2.2 张力系统的控制方法  16-17
  2.3 以磁粉离合器为执行元件的张力控制方案  17-22
    2.3.1 控制方案的工作原理  17-18
    2.3.2 张力控制系统数学模型  18-19
    2.3.3 磁粉离合器的原理  19-20
    2.3.4 半径跟随臂工作原理  20-22
  2.4 以交流伺服电机和气缸为执行元件的张力控制方案  22-25
    2.4.1 控制方案的工作原理  22-23
    2.4.2 张力控制系统数学模型  23-24
    2.4.3 交流伺服电机的原理  24-25
    2.4.4 气动系统工作原理  25
  2.5 以交流伺服电机为执行元件的张力控制方案  25
  2.6 本章小结  25-26
第3章通用张力控制器的方案确定及硬件设计  26-33
  3.1 通用张力控制器总体方案的确定  26
  3.2 主控制电路  26-29
    3.2.1 PIC单片机简介  26-27
    3.2.2 人工复位、时钟电路  27
    3.2.3 USB通讯电路  27-28
    3.2.4 键盘电路  28-29
  3.3 信号输入电路  29-30
  3.4 信号输出电路  30-32
    3.4.1 光电隔离电路  30-31
    3.4.2 功率放大电路  31-32
  3.5 其他预留I/O引脚  32
  3.6 本章小结  32-33
第4章张力控制系统的软件开发  33-45
  4.1 主控制程序  33-34
  4.2 上位机控制程序  34-35
    4.2.1 初始化部分  34-35
    4.2.2 启动和停止  35
    4.2.3 信号检测部分  35
  4.3 USB通讯程序  35-38
    4.3.1 USB通讯程序组成部分  36
    4.3.2 USB固件程序的开发  36-38
  4.4 模拟量的采集  38-39
  4.5 PWM波形的输出  39-40
  4.6 积分分离数字PID控制  40-44
    4.6.1 系统传递函数的建立  41-42
    4.6.2 PID控制仿真  42-43
    4.6.3 积分分离数字PID程序  43-44
  4.7 本章小结  44-45
第5章张力控制器的实验研究  45-58
  5.1 实验设备  45-46
  5.2 元件的标定  46-51
    5.2.1 半径反馈装置的标定  46
    5.2.2 张力传感器的标定  46-47
    5.2.3 磁粉离合器的标定  47-48
    5.2.4 气缸的标定  48-49
    5.2.5 角度传感器的标定  49-50
    5.2.6 交流伺服电机的标定  50-51
  5.3 张力控制系统的联机调试  51
  5.4 张力控制系统的性能分析  51-57
    5.4.1 恒张力情况下张力测试  51
    5.4.2 变张力情况下张力测试  51-55
    5.4.3 回纱情况下性能测试  55
    5.4.4 两种方案静差率分析及对比  55
    5.4.5 两种方案波动率分析及对比  55-56
    5.4.6 两种张力控制方案对比  56-57
  5.5 本章小结  57-58
结论  58-59
参考文献  59-64
致谢  64

数控缠绕机张力装置通用控制器的研究

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